WO2024115704A1 - Système de chauffage, notamment pour véhicule - Google Patents

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WO2024115704A1
WO2024115704A1 PCT/EP2023/083834 EP2023083834W WO2024115704A1 WO 2024115704 A1 WO2024115704 A1 WO 2024115704A1 EP 2023083834 W EP2023083834 W EP 2023083834W WO 2024115704 A1 WO2024115704 A1 WO 2024115704A1
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WO
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resistive layer
heating
temperature
value
electrodes
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/083834
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English (en)
Inventor
Nour-Eddine EL-OUARDI
Marino Funes
Ciprian Musat
William LAPIERRE
Ghani SBIHI
Original Assignee
Dav
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Definitions

  • the present invention relates to a heating system, in particular for a vehicle.
  • the vehicle can be land, sea or air.
  • Heating panels which comprise a plurality of electrodes configured to deliver heat by the Joule effect by supplying electric current to a conductive coating.
  • the subject of the invention is thus a heating system, in particular intended to be installed inside the passenger compartment of a vehicle, in particular a motor vehicle, the system comprising:
  • a heating structure comprising: o at least one resistive layer arranged to produce heat when this layer is passed through by an electric current, this resistive layer being in particular a carbon-based sheet deposited on a substrate, o at least two electrodes in electrical contact with the resistive layer so as to allow an electric current to flow through the resistive layer between these two electrodes,
  • a temperature sensor configured to use a property of the resistive layer to determine a temperature associated with this resistive layer, the property used being the variation of the electrical resistance of the resistive layer as a function of the temperature thereof.
  • NTC components Negative Temperature Coefficient component
  • additional CTN components for example placed on the resistive layer
  • resistive layer have disadvantages due to the fact that this type of component can measure the temperature only on a very localized area of the heating structure, which has the consequence that potential hot spots of the resistive layer escapes detection by the CTN component.
  • the use of the resistive layer itself makes it possible to obtain an average overall temperature of this resistive layer.
  • Another advantage of the invention is that, even if the resistive layer has localized defects, temperature measurement remains possible on the rest of the resistive layer. On the contrary, in the case of a CTN wire, temperature measurement becomes impossible as soon as a point on the wire is defective.
  • the invention thus offers a more reliable and more robust measurement of the temperature of the resistive layer.
  • the invention also allows the removal of electrical (additional connections) and mechanical (thickness, location, etc.) integration constraints of a CTN component.
  • the temperature sensor is configured to determine, in particular by measuring a voltage variation, data representative of the electrical resistance of the resistive layer.
  • the temperature sensor comprises an electrical assembly arranged to allow a ratiometric measurement representative of the electrical resistance of the resistive layer.
  • the electrical assembly comprises two parallel branches, including a first branch with a Shunt resistance in series with the resistance of the resistive layer, and a second branch two resistors in series.
  • the branches notably form voltage dividers.
  • the temperature sensor is arranged to calculate the ratio between a first voltage measured on the first branch and a second voltage measured on the second branch.
  • the system is arranged to memorize a table of ratio values and to compare a measured ratio value in the electrical assembly with a voltage divider.
  • the system does not directly use the value of the resistance Rh associated with the resistive layer, but the ratio (V1/V2 or V2/V1) which is an image of this Rh resistance.
  • the system is configured to determine the temperature of the resistive layer by measuring the voltage across a shunt resistor using a constant supply voltage.
  • the ratiometric method makes it possible to dispense with the generation of a constant current, and/or a regulated voltage to carry out the measurement, which makes it possible to save components and consequently to make more reliable overall.
  • the ratiometric method allows both an absolute value of the temperature to be known, by knowing the battery or power supply voltage, and a relative variation in the temperature.
  • the heating system can be subjected to an optional calibration phase making it possible to limit the effects of the dispersion of value of the components.
  • the heating system is configured to carry out a diagnosis of the heating structure during its operation. This makes it possible, for example, to detect faults on the heating structure, leading for example to dangerous overheating.
  • the invention also relates to a method for measuring the temperature of a heating structure which comprises:
  • this resistive layer being in particular a carbon-based sheet deposited on a substrate
  • the method comprises the following steps:
  • the heating structure is part of a heating and lighting device such as below.
  • the heating and lighting device comprises a functional face towards which the heat produced by the heating structure and the light produced by the luminous structure can be sent, this face functional being configured to diffuse the heat and light thus received towards the outside of the heating and lighting device, towards for example an area of a vehicle passenger compartment.
  • the material of the resistive layer contains a transparent conductive oxide (TCO) chosen from indium-tin oxide (ITO) and zinc oxide (ZnO) .
  • TCO transparent conductive oxide
  • ITO indium-tin oxide
  • ZnO zinc oxide
  • At least one region of the heating structure is placed between the functional face and the luminous structure so that the light coming from this light structure passes through the resistive layer of the heating structure before reaching the functional face.
  • the heating and lighting structures form stacked layers.
  • the heating and lighting device has the shape of a panel.
  • the heating structure and the lighting structure are integral with each other.
  • the heating structure is in contact with the luminous structure.
  • the heating structure and the lighting structure are assembled by lamination.
  • the light structure comprises a light source, in particular in the form of one or more LEDs (light-emitting diode).
  • the visible light emitted by the luminous structure is light visible to the human eye.
  • This light which passes through the resistive layer produces an effect perceptible to the human eye and contributes, for example, to the decoration of the passenger compartment and/or to the atmosphere in the passenger compartment.
  • the light structure comprises a light engine.
  • the light engine is an electronic device, in particular a printed circuit, comprising one or more LEDs (light-emitting diode) and at least one light guide for guiding the light emitted by the LED(s).
  • the light guide of the light engine comprises a plate in which light can propagate, this plate comprising at least one light emitting face.
  • the plate has, at least locally, a planar shape, and the light emitting face is, at least locally, planar.
  • the plate has a complex shape different from a planar shape.
  • the light guide plate extends along a curved surface.
  • the plate is made of plastic-based material.
  • the plate is manufactured with a predetermined shape, namely that it does not deform or substantially does not deform during its integration into the heating and lighting device.
  • the plate has two faces separated by the thickness of the plate, one of these faces presenting optical activation reliefs arranged to cause the deflection of the light towards the light emitting face which is opposite the face on which the reliefs are made.
  • the plate forms a surface light source, with homogeneous or heterogeneous light diffusion.
  • the light emitting face faces the heating structure.
  • the light structure comprises a textile sheet.
  • the textile web comprises interwoven textile threads and optical fibers.
  • the textile threads comprise threads in a natural material such as plant threads, and/or threads in an artificial or synthetic material.
  • the textile web comprises optical fibers in warp woven with textile threads in weft.
  • the textile web comprises optical fibers in weft woven with textile threads in warp.
  • the textile sheet comprises textile threads arranged in warp and weft according to a canvas-type frame.
  • the optical fibers are pointally linked to said armature so as to double said armature, the optical fibers being substantially positioned on a surface parallel to the surface defined by the armature.
  • the frame is flexible, that is to say capable of taking a predetermined shape by deformation.
  • the optical fibers are linked to the reinforcement by textile warp threads or weft threads
  • the textile threads and the optical fibers form a woven sheet.
  • the textile sheet has a thickness of less than 1 mm, in particular between 0.1 mm and 0.7 mm.
  • the optical fibers each comprise one or more zones for emitting light towards the outside of the fiber.
  • these emission zones are on a lateral surface of the optical fiber.
  • these zones have varied shapes, for example a circular zone, a slender zone, a cross zone, a zigzag zone, etc.
  • At least one of the light emission zones comprises activation reliefs, for example in the form of streaks, to send the light out of the fiber optical.
  • these reliefs are produced by laser etching or sandblasting on the optical fiber.
  • the heating structure comprises a network of electrodes comprising a plurality of distribution electrodes and a plurality of contact electrodes supplied with electric current by the distribution electrodes.
  • the distribution electrodes can be seen as “parent” electrodes and the contact electrodes as “child” electrodes.
  • the contact electrodes are, at least for some of them, in particular for all the contact electrodes of the electrode network, parallel to each other.
  • the network of electrodes comprises distribution electrodes arranged to conduct electric current from an electric source to the contact electrodes, several contact electrodes connecting to the same distribution electrode.
  • At least one of the distribution electrodes is rectilinear over at least part of its length, and the contact electrodes which are associated with this distribution electrode are connected, for example perpendicularly to this distribution electrode.
  • the distribution electrodes can have different shapes, in particular curved with rounding.
  • the distribution electrodes may be parallel to each other or not.
  • the electrode network comprises at least two distribution electrodes which are parallel to each other over at least part of their length, and their associated contact electrodes are arranged between these two distribution electrodes and are alternated with one inter-distance which decreases in connection with the decrease in the voltage present between the pairs of electrodes so as to maintain the electrical power substantially uniform between the pairs of contact electrodes.
  • the electrodes and the resistive layer are carried on a substrate made of a flexible material capable of taking a predetermined shape by deformation, this substrate being in particular also extensible.
  • the resistive layer is deposited on the substrate, and is in the form of a sheet, in particular an ink sheet.
  • This layer is notably of substantially constant thickness over its entire surface area.
  • the electrodes are deposited on the substrate by printing, screen printing or lamination of several materials.
  • the resistive layer is deposited on the substrate by printing, screen printing or lamination of several materials.
  • the resistive layer is present on one face of the substrate.
  • the resistive layer is placed facing the functional face of said device.
  • the substrate is of textile type, woven or knitted, or of non-woven type.
  • This nonwoven may comprise a mixture of polypropylene fibers and/or polyester fibers.
  • Other fibers can be used, for example natural fibers.
  • the wires forming the substrate may or may not be extensible.
  • the substrate can be a sheet of flexible plastic or a foam such as TPU (thermoplastic polyurethane).
  • the substrate has a surface area of at least 10 cm2, or at least 50 cm2, or at least 500 cm2.
  • the electrodes are made of conductive material, in particular metallic such as ink loaded with conductive particles, in particular silver or copper particles.
  • the electrodes are metallic adhesive tapes, for example made of copper.
  • the resistive layer is a continuous layer.
  • the resistive layer comprises a plurality of discrete resistive elements forming this layer.
  • these discrete resistive elements form repetitive patterns.
  • the heating and lighting device comprises a decoration visible from inside the passenger compartment, this decoration being for example a covering of the habitable space, such as for example fabric, leather or an aesthetic covering.
  • the heating structure, the lighting structure and the decoration form stacked layers.
  • the device according to the invention thus makes it possible to carry out, in addition to the heating and lighting functions, a decorative function, for example with a predetermined leather or fabric area, visible from the passenger compartment.
  • the heating and lighting device comprises a mask made of a material which blocks the light coming from the luminous structure and comprising apertures to allow this light to pass according to a given pattern. by these openings.
  • the invention also relates to a vehicle interior component, comprising a heating and lighting device as mentioned above.
  • the component is chosen from one of the following habitable components:
  • the passenger compartment component which includes the heating and lighting device is independent of a seat of the vehicle.
  • the passenger compartment component which comprises the heating and lighting device is arranged to heat by thermal radiation or by thermal conduction or thermal contact, and not by heating by heat carried by air in forced movement within the passenger compartment.
  • the heating and lighting device is not crossed by any air flow intended to cool or heat the passenger compartment.
  • the heating and lighting device is separate from the air movement system such as an HVAC of the vehicle.
  • the invention also relates to a method for producing a heating and lighting device as mentioned above, comprising the following steps:
  • a heating structure comprising: o at least one resistive layer arranged to produce heat when this layer is passed through by an electric current, this resistive layer being made of a material capable of allowing light emitted by the luminous structure to pass, o at least two distribution electrodes, said distribution electrodes being in electrical contact with the resistive layer so as to allow an electric current to flow through the resistive layer between these two electrodes,
  • FIG. 1 is a schematic representation of a passenger compartment of a motor vehicle equipped with a heating and lighting device according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation, in section, of the heating and lighting device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a schematic representation of a heating structure of the heating and lighting device of Figure 2;
  • FIG. 4 is a schematic representation of a heating structure according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a schematic representation of a light structure of the heating and lighting device of Figure 2;
  • FIG. 6 is a schematic representation of a light structure according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 7 is a schematic representation of the light structure of Figure 6, on the other side;
  • FIG. 8 is a detailed view of the textile sheet of the light structure of Figure 6;
  • FIG. 9 is a schematic electrical representation of a heating system according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 10 is a curve of variation of resistance versus temperature, for the resistive layer of the heating system of Figure 9;
  • FIG. 1 1 is a block diagram of the different steps implemented on the heating system of Figure 9.
  • Figure 1 shows a passenger compartment 100 of a motor vehicle V. Doors 101 and the roof 102 of the passenger compartment are also shown. 103 seats for passengers are also visible.
  • heating and lighting devices 1 are integrated into the roof 102 of the passenger compartment.
  • each heating and lighting device 1 is fixed on a roof structure 105 and comprises, in a stack, successively:
  • a rigid substrate 80 which is, in the example described, a structural part made of translucent plastic material, or of transparent plastic material,
  • a layer of flexible material 90 here a layer of foam, arranged to give the heating and lighting device 1 a feeling of softness to the touch, this layer 90 being able to be omitted if necessary,
  • a mask 100 made of a material which blocks the light coming from the luminous structure 10 and comprising openings to let this light pass through according to a pattern conferred by these openings, this mask 100 being able to be omitted if necessary,
  • a decor 1 10 which can be of textile, leather, wood or plastic type.
  • Each heating and lighting device 1 has the shape of a panel, with a functional face 2 towards which heat H produced by the heating structure 50 and the light L produced by the luminous structure 10 can be sent, this functional face 2 being configured to diffuse the heat H and the light L thus received towards the passenger compartment 100.
  • the functional face 2 is thus an external face of the heating and lighting device 1 on which the heating and lighting functions are manifested, to heat an area of the passenger compartment 100 and/or to illuminate an area of this passenger compartment 100 or create a light effect visible from the passenger compartment 100.
  • the heating and lighting device 1 can be flexible, namely it can be shaped to take a predetermined shape.
  • the heating structure 50 and the light structure 10 are assembled by lamination.
  • the light structure 10 comprises light sources 11, here under a row of LEDs (light-emitting diode). Only two LEDs 11 are shown in Figure 5.
  • the visible light emitted by the luminous structure 10 is light visible to the human eye.
  • the light structure 10 comprises a light engine 12 which is an electronic device with a printed circuit 13, comprising the LEDs 11 and a light guide 14 for guiding the light emitted by the or the LEDs.
  • the light guide 14 comprises a plate 15 in which light can propagate, this plate comprising a light emitting face 16.
  • Plate 15 has a complex curved shape with a main face 19 approaching a flat surface.
  • This plate 15 comprises facets 17 for injecting light from the LEDs 11, these facets 17 being at the end of narrowed bent regions 18 of the plate 15.
  • the plate 15 is made of plastic-based material, with a predetermined shape, namely that it does not deform or substantially does not deform during its integration into the heating and lighting device 1. [0129]
  • the plate 15 has two faces separated by the thickness of the plate, one of these faces presenting optical activation reliefs 20 arranged to cause the deflection of the light towards the light emitting face 16 which is opposite the face on which the reliefs 20 are made.
  • plate 15 forms a surface light source.
  • the emission face 16 faces the heating structure 50.
  • the light structure 30 comprises a woven sheet 31.
  • Figure 6 represents the face 32 of the light structure 30 which faces the heating structure 50.
  • Figure 7 represents the face 33 of the light structure 30 which is opposite the face 32.
  • the textile sheet 31 comprises intertwined textile threads 35 and optical fibers 36, as illustrated in Figure 8.
  • the textile threads 35 include threads in a natural material such as plant threads, and/or threads in an artificial or synthetic material.
  • optical fibers 36 are woven with textile yarns 35, in weft.
  • the textile sheet may comprise optical fibers 36 in a weft woven with textile threads 35 in a warp.
  • the textile sheet 31 may comprise textile threads 35, arranged in warp and weft according to a canvas-type frame.
  • the optical fibers 36 are then punctually linked to the textile threads of the frame 35 by means of textile threads, the optical fibers 36 being substantially positioned on a surface parallel to the surface defined by the frame 35.
  • the frame 35 is flexible, that is to say capable of taking a predetermined shape by deformation.
  • the textile sheet 31 has a thickness of between 0.1 mm and 0.7 mm.
  • the optical fibers 36 can each be formed by a core sheathed with a fluoropolymer.
  • the core of the optical fibers can be formed from a material chosen from polymethyl methacrylate (PMMA) and polycarbonate (PC).
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • the optical fibers can each be formed by a glass fiber wire.
  • the textile yarns 35 can be formed from a material chosen from wool, aramid, polyamide, polyester and cotton.
  • the optical fibers 36 extend mainly on the face 32 of the sheet 31, without being unduly masked by the textile threads 35 which cover more of the opposite face 33.
  • the optical fibers 36 are arranged to emit light laterally towards the outside of the fiber.
  • One or more LEDs 11 power the optical fibers 36 which are arranged convergently towards this or these LEDs 11.
  • this heating structure 50 comprises a resistive layer 51 arranged to produce heat when this layer is passed through by an electric current I, this resistive layer being made of a material capable of letting heat pass through it. light emitted by the light structure 10 or 30.
  • the heating structure 50 further comprises two distribution electrodes 52, which are in electrical contact with the resistive layer 51 of so as to allow an electric current I to flow through the resistive layer 51 between these two electrodes 52.
  • Electrodes 52 have parallel sections 53 between which the resistive layer 51 is located, and transverse sections 54 which are connected to electrical supply wires 55.
  • the material of the resistive layer 51 contains a transparent conductive oxide (TCO) chosen from indium-tin oxide (ITO) and zinc oxide (ZnO).
  • TCO transparent conductive oxide
  • ITO indium-tin oxide
  • ZnO zinc oxide
  • the resistive layer 51 is both transparent to the light of the luminous structure 10 or 30, and allows the Joule effect to generate heat.
  • the entire heating structure 50 is placed between the functional face 2 and the luminous structure 10 so that the light coming from this luminous structure 10 passes through the resistive layer 51 of the heating structure before to reach functional face 2.
  • the electrodes 52 and the resistive layer 51 are carried on a substrate 58 made of a flexible material capable of taking a predetermined shape by deformation, this substrate being in particular also extensible.
  • the electrodes 52 are deposited on the substrate 58 by printing, screen printing or lamination of several materials.
  • the electrodes 52 are made of conductive material, in particular metallic such as ink loaded with conductive particles, in particular silver or copper particles.
  • the resistive layer 51 is deposited on the substrate by printing, screen printing or lamination of several materials.
  • the resistive layer 51 is present on one face of the substrate 58, facing the functional face of the device 1.
  • the substrate 58 is of textile type, woven or knitted, or of non-woven type.
  • the nonwoven may comprise a mixture of polypropylene fibers and/or polyester fibers. Other fibers can be used, for example natural fibers.
  • the substrate 58 may be a sheet of flexible plastic or a foam such as TPU (thermoplastic polyurethane).
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • the substrate 58 has a thickness of less than 1 cm, and a surface area of at least 10 cm2, or at least 50 cm2, or at least 500 cm2.
  • the heating structure 50 can be replaced, in the heating and lighting device 1, by a heating structure 70 which comprises a network of electrodes 71 as described below. below.
  • This network of electrodes 71 comprises two rectilinear distribution electrodes 72 and a plurality of contact electrodes 73 supplied with electric current by the distribution electrodes 72.
  • the distribution electrodes 72 can be seen as “parent” electrodes and the contact electrodes 73 as “child” electrodes.
  • the contact electrodes 73 are parallel to each other, and form pairs each associated with a resistive layer 75.
  • These layers 75 are separated from each other and form several heating zones, for example with repeating patterns.
  • the distribution electrodes 72 can have different shapes, in particular curved with rounded edges.
  • the heating and lighting device 1 includes decoration 105 which is visible from inside the passenger compartment 100, this decoration 105 being a covering for the interior, such as for example fabric, leather or an aesthetic covering.
  • the heating structure 50 or 70, the lighting structure 10 or 30 and the decoration 105 form stacked layers.
  • the device 1 thus makes it possible to carry out, in addition to the heating and lighting functions, a decorative function, for example with a predetermined leather or fabric area, visible from the passenger compartment.
  • the device 1 can be used to form a component 120 chosen from one of the following habitable components:
  • Figure 1 shows the case of use in a vehicle roof.
  • the passenger compartment component 120 which includes the heating and lighting device is independent of a seat 103 of the vehicle.
  • the passenger compartment component 120 which includes the heating and lighting device 1 is arranged to heat by thermal radiation or by thermal conduction or thermal contact, and not by heating by heat transported by air in forced movement within the passenger compartment.
  • FIG. 9 a heating system 200 which comprises a heating structure 50 as described above, in particular with reference to Figure 3.
  • This heating structure 50 comprises a resistive layer 51 arranged to produce heat when this layer 51 is passed through by an electric current, this resistive layer 51 being formed by a sheet of carbon-based ink deposited on a substrate.
  • this resistive layer 51 is symbolized by a variable resistance Rh.
  • the carbon-based material of the resistive layer 51 has a property which is the variation of its electrical resistance as a function of the temperature .
  • Figure 10 shows an example of variation in the electrical resistance of a sample of resistive layer material 51 placed in a thermal oven. As we can see, the resistance (on the ordinate) increases as the temperature (on the abscissa) increases, defining a positive temperature coefficient.
  • the heating system 200 comprises a temperature sensor 201 configured to use this property of the resistive layer 51 to determine a temperature associated with this resistive layer 51.
  • the temperature sensor 201 comprises an electrical assembly arranged to allow a ratiometric measurement representative of the electrical resistance of the resistive layer 51.
  • the electrical assembly comprises two branches with voltage dividers placed in parallel, including a first branch 202 with a Shunt resistor Rs in series with the resistance Rh of the resistive layer 51, and a second branch 203 comprising two resistors R1 and R2 serial.
  • the resistances R1, R2 and Rs are resistances whose variation with temperature is low, and can be considered as being constant, while the resistance Rh is the resistance of the material of the resistive layer 51 with a temperature coefficient positive.
  • the temperature sensor 201 is arranged to calculate the ratio between a first voltage V1 measured on the first branch 202 and a second voltage V2 measured on the second branch 203.
  • V2/V1 ratio is a ratiometric value independent of variations in voltage Vcc, and depends only on the variation in resistance of the resistive heating layer 51. From this measurement, we can deduce the temperature. It is considered that the resistors R1 and R2 are made of materials with a negligible temperature coefficient compared to the resistance Rh. Furthermore, the temperature coefficient of the resistors R1 and R2 does not affect the voltage divider effect giving the voltage V2.
  • the ratio V2/V1 is independent of the supply voltage Vcc, and we note that this ratio is only variable by the value Rh which varies as a function of the temperature.
  • the heating system 200 is arranged to memorize a table of ratio values (V2/V1) and to compare a measured ratio value (V2/V1) with the values in the table, possibly with an extrapolated value of this table.
  • T°C designates the temperature of the resistive layer 51.
  • Rapp V2 designates the ratio Rs/(Rs+Rh). We see that each V2/V1 ratio is associated with a temperature value.
  • V2/V1 is interpolated from the values prerecorded in the table which frame the setpoint temperature, then a comparison of this value is made with the value calculated from the acquisitions of V1 and V2.
  • the method according to the invention comprises the following steps (see Figure 11):
  • a first value of a quantity here a ratio value V1/V2 or V2/V1, associated with this set temperature, by extrapolation from a table of values (step 21 1), - determine a second value of a quantity, here a ratio value measured on the resistive layer of the heating structure (step 212),
  • the temperature measurement can be carried out during or outside a heating period of the heating structure.
  • the invention uses the variation of resistance with the temperature of the active material of the resistive layer to deduce the temperature, and this property is used in particular for purposes of self-regulation and/or operational safety of the system of heating.
  • This avoids the use of components such as CTN which, moreover, could prove insufficient to best achieve the regulation of the temperature of the heating structure.
  • the invention makes it possible in particular to know, with great reliability, the average temperature of the entire surface of the heating structure and not only of localized zones of one or more temperature sensors added to the system.
  • Another advantage linked to the invention is better operational safety because the heating can be conditioned directly to the temperature of the material of the resistive layer and not to the indication of a CTN sensor for example.
  • the invention allows even better resilience in the event of local degradation of the resistive layer to the extent that there is no conduction break, unlike a broken heating wire.

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  • Resistance Heating (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

L'invention concerne un système de chauffage (200), notamment destiné à être installé à l'intérieur d'un habitacle d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile, le système comprenant : - une structure chauffante comportant : o au moins une couche résistive agencée pour produire de la chaleur lorsque cette couche est parcourue par un courant électrique, cette couche résistive étant notamment une nappe à base de carbone déposée sur un substrat, o au moins deux électrodes en contact électrique avec la couche résistive de manière à permettre à un courant électrique de circuler à travers la couche résistive entre ces deux électrodes, - un capteur de température (201) configuré pour utiliser une propriété de la couche résistive pour déterminer une température associée à cette couche résistive, la propriété utilisée étant la variation de la résistance électrique de la couche résistive en fonction de la température de celle-ci.

Description

Description
Titre : Système de chauffage, notamment pour véhicule
[0001] La présente invention se rapporte à un système de chauffage, notamment pour véhicule. Le véhicule peut être de type terrestre, maritime ou aérien.
[0002] On connaît des panneaux chauffants qui comprennent une pluralité d’électrodes configurées pour délivrer de la chaleur par effet Joule en alimentant avec du courant électrique un revêtement conducteur. On pourra par exemple se reporter au document US2016059669.
[0003] Il existe notamment un besoin pour intégrer davantage de fonctions, notamment dans un système de chauffage, en vue par exemple de réduire le nombre de composants utilisés et donc le coût global, et également pour améliorer la fiabilité et la sécurité du système.
[0004] L’invention a ainsi pour objet un système de chauffage, notamment destiné à être installé à l’intérieur d’un habitacle d’un véhicule, notamment d’un véhicule automobile, le système comprenant :
- une structure chauffante comportant : o au moins une couche résistive agencée pour produire de la chaleur lorsque cette couche est parcourue par un courant électrique, cette couche résistive étant notamment une nappe à base de carbone déposée sur un substrat, o au moins deux électrodes en contact électrique avec la couche résistive de manière à permettre à un courant électrique de circuler à travers la couche résistive entre ces deux électrodes,
- un capteur de température configuré pour utiliser une propriété de la couche résistive pour déterminer une température associée à cette couche résistive, la propriété utilisée étant la variation de la résistance électrique de la couche résistive en fonction de la température de celle-ci. [0005] Grâce à l’invention, il est possible d’intégrer, dans le système de chauffage, un capteur de température dont l’un des composants principaux est la couche résistive de la structure chauffante, notamment le matériau à base de carbone. Ceci permet de limiter le nombre de composants nécessaires au capteur de température, ce qui peut réduire le coût de revient du capteur de température.
[0006] Il est par exemple possible d’éviter l’emploi de composants additionnels tel qu’un ou plusieurs composants CTN (composant à Coefficient de Température Négatif) avec ses composants associés, dans le capteur de température. De tels composants additionnels CTN, par exemple posés sur la couche résistive, présentent des inconvénients du fait que ce type de composant peut mesurer la température seulement sur une zone très localisée de la structure chauffante, ce qui a pour conséquence que de potentiels points chauds de la couche résistive échappent à la détection par le composant CTN. Dans la présente invention, l’utilisation de la couche résistive elle-même permet d’obtenir une température globale moyenne de cette couche résistive.
[0007] Un autre avantage de l’invention, c’est que, même si la couche résistive présente des défauts localisés, la mesure de température reste possible sur le reste de la couche résistive. Au contraire, dans le cas d’un fil CTN, la mesure de température dévient impossible dès qu’un point du fil est défectueux. L’invention offre ainsi une mesure plus fiable et plus robuste de la température de la couche résistive. L’invention permet en outre la suppression des contraintes d'intégration électrique (connexions supplémentaires) et mécanique (épaisseur, localisation...) d’un composant CTN.
[0008] Selon l’un des aspects de l’invention, le capteur de température est configuré pour déterminer, notamment par mesure d’une variation de tension, une donnée représentative de la résistance électrique de la couche résistive.
[0009] Selon l’un des aspects de l’invention, le capteur de température comporte un montage électrique agencé pour permettre une mesure ratiométrique représentative de la résistance électrique de la couche résistive.
[0010] Selon l’un des aspects de l’invention, le montage électrique comporte deux branches parallèles, dont une première branche avec une résistance Shunt en série avec la résistance de la couche résistive, et une deuxième branche deux résistances en série.
[0011] Selon l’un des aspects de l’invention, les branches forment notamment des diviseurs de tension.
[0012] Selon l’un des aspects de l’invention, le capteur de température est agencé pour calculer le ratio entre une première tension mesurée sur la première branche et une deuxième tension mesurée sur la deuxième branche.
[0013] Selon l’un des aspects de l’invention, le système est agencé pour mémoriser une table de valeurs de ratios et pour comparer une valeur mesurée de ratio dans le montage électrique à diviseur de tension.
[0014] Dans cet exemple de réalisation de l’invention, le système n’utilise pas directement la valeur de la résistance Rh associée à la couche résistive, mais le ratio (V1/V2 ou V2/V1 ) qui est une image de cette résistance Rh.
[0015] Selon un autre des aspects de l’invention, le système est configuré pour déterminer la température de la couche résistive par mesure de la tension aux bornes d’une résistance shunt en utilisant une tension constante d’alimentation.
[0016] Selon encore un autre des aspects de l’invention, le système est configuré pour déterminer la température de la couche résistive par mesure de la tension aux bornes des électrodes de la couche résistive en utilisant un courant constant.
[0017] Toute autre méthode de détermination de la température peut être utilisée.
[0018] En tout cas, la méthode ratiométrique permet de s’affranchir de la génération d’un courant constant, et/ou d’une tension régulée pour effectuer la mesure, ce qui permet d’économiser des composants et par conséquent de rendre plus fiable l’ensemble. En outre, la méthode ratiométrique permet à la fois de connaître une valeur absolue de la température, par connaissance de la tension de batterie ou d’alimentation et une variation relative de la température.
[0019] Selon l’un des aspects de l’invention, le système de chauffage est configuré pour comparer le ratio V2/V1 (ou V1/V2) et faire une extrapolation à partir de valeurs connues, dans une table par exemple qui peut être acquise expérimentalement ou calculée, notamment pour prendre la décision de produire du chauffage ou non.
[0020] Selon un autre des aspects de l’invention, le système de chauffage peut être soumis à une phase de calibration optionnelle permettant de limiter les effets de la dispersion de valeur des composants.
[0021] Selon un autre des aspects de l’invention, le système de chauffage est configuré pour réaliser un diagnostic de la structure chauffante lors de son fonctionnement. Ceci permet par exemple de détecter des défauts sur la structure chauffante, menant par exemple à une surchauffe dangereuse.
[0022] L’invention a également pour objet un procédé pour mesurer une température d’une structure chauffante qui comporte :
- au moins une couche résistive agencée pour produire de la chaleur lorsque cette couche est parcourue par un courant électrique, cette couche résistive étant notamment une nappe à base de carbone déposée sur un substrat,
- au moins deux électrodes en contact électrique avec la couche résistive de manière à permettre à un courant électrique de circuler à travers la couche résistive entre ces deux électrodes, le procédé comportant l’étape suivante :
- utiliser une propriété de la couche résistive pour déterminer une température associée à cette couche résistive, la propriété utilisée étant la variation de la résistance électrique de la couche résistive en fonction de la température de celle-ci.
[0023] Selon l’un des aspects de l’invention, le procédé comprend les étapes suivantes :
- fournir une température de consigne,
- déterminer une première valeur d’une grandeur, par exemple une valeur de ratio V1/V2 ou V2/V1 , associée à cette température de consigne, notamment par extrapolation à partir d’une table de valeurs, - déterminer une deuxième valeur d’une grandeur, par exemple une valeur de ratio mesurée sur la couche résistive de la structure chauffante,
- comparer la première valeur à la deuxième valeur, par exemple comparer la valeur de ratio associée de la température de consigne à celle mesurée,
- enclencher ou maintenir le chauffage de la structure chauffante si la première valeur est plus petite que la deuxième valeur, par exemple si la valeur de ratio mesurée est plus petite que la valeur de ratio associée de la température de consigne,
- couper le chauffage de la structure chauffante si la première valeur est plus grande que la deuxième valeur, par exemple si la valeur de ratio mesurée est plus grande que la valeur de ratio associée de la température de consigne.
[0024] La mesure de la température peut s’effectuer pendant ou en dehors d’une période de chauffage de la structure chauffante.
[0025] En résumé, l’invention utilise la variation de résistance avec la température du matériau actif de la couche résistive pour déduire la température, et cette propriété est notamment utilisée à des fins d’autorégulation et/ou de sécurité de fonctionnement du système de chauffage. Cela évite la mise en oeuvre de composants tels que des CTN qui, en outre, pourraient se révéler insuffisants pour accomplir au mieux la régulation de la température de la structure chauffante. L’invention permet notamment de connaître, avec une grande fiabilité, la température moyenne de toute la surface de la structure chauffante et non seulement de zones localisées d’un ou plusieurs capteurs de température ajoutés au système. Un autre avantage lié à l’invention est une meilleure sécurité de fonctionnement car le chauffage peut être conditionné directement à la température du matériau de la couche résistive et non à l’indication d’un capteur CTN par exemple. L’invention permet encore une meilleure résilience en cas de dégradation locale de la couche résistive dans la mesure où il n’y a pas de rupture de conduction, contrairement à un fil chauffant rompu. [0026] L’invention concerne encore une utilisation du dispositif de chauffage tel que décrit plus haut, en tant que thermomètre pour mesurer une température ambiante, par exemple une température ambiante dans un habitacle de véhicule.
[0027] Selon l’un des aspects de l’invention, cette mesure de température ambiante est réalisée avant une période de chauffage de la structure chauffante ou après une période suffisamment longue sans chauffage permettant au matériau de la structure chauffante de reprendre la température ambiante. Cette température ainsi mesurée peut être corrélée à une température provenant d’un autre système, permettant d’augmenter la fiabilité d’un diagnostic global.
[0028] Selon l’un des aspects de l’invention, la structure chauffante fait partie d’un dispositif de chauffage et d’éclairage tel ci-après.
[0029] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de chauffage et d’éclairage comporte une face fonctionnelle vers laquelle de la chaleur produite par la structure chauffante et la lumière produite par la structure lumineuse peuvent être envoyées, cette face fonctionnelle étant configurée pour diffuser la chaleur et la lumière ainsi reçues vers l’extérieur du dispositif de chauffage et d’éclairage, en direction par exemple d’une zone d’un habitacle de véhicule.
[0030] La face fonctionnelle est ainsi une face du dispositif de chauffage et d’éclairage sur laquelle les fonctions de chauffage et d’éclairage se manifestent, par exemple pour chauffer une zone d’un habitacle de véhicule et/ou pour éclairer une zone de cet habitacle ou créer un effet lumineux visible depuis l’habitacle.
[0031] Selon l’un des aspects de l’invention, le matériau de la couche résistive contient un oxyde transparent conducteur (TCO) choisi parmi l’oxyde d’indium- étain (ITO) et l’oxyde de Zinc (ZnO).
[0032] Selon l’un des aspects de l’invention, au moins une région de la structure chauffante, notamment la totalité de la structure chauffante, est placée entre la face fonctionnelle et la structure lumineuse de sorte que de la lumière issue de cette structure lumineuse traverse la couche résistive de la structure chauffante avant d’atteindre la face fonctionnelle. [0033] Selon l’un des aspects de l’invention, les structures chauffante et lumineuse forment des couches empilées.
[0034] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de chauffage et d’éclairage présente une forme de panneau.
[0035] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de chauffage et d’éclairage est souple, à savoir il peut être conformé pour prendre une forme prédéterminée.
[0036] Selon l’un des aspects de l’invention, la structure chauffante et la structure lumineuse sont solidaires l’une de l’autre.
[0037] Selon l’un des aspects de l’invention, la structure chauffante est en contact avec la structure lumineuse.
[0038] Selon l’un des aspects de l’invention, la structure chauffante et la structure lumineuse sont assemblées par lamination.
[0039] Selon l’un des aspects de l’invention, la structure lumineuse comprend une source de lumière, notamment sous la forme d’une ou plusieurs LED (diode électroluminescente).
[0040] La lumière visible émise par la structure lumineuse est une lumière visible par l’œil humain. Cette lumière qui traverse la couche résistive produit un effet perceptible par l’œil humain et participe, par exemple, à la décoration de l’habitacle et/ou à l’ambiance dans l’habitacle.
[0041] Selon l’un des aspects de l’invention, la structure lumineuse comprend un moteur de lumière.
[0042] Selon l’un des aspects de l’invention, le moteur de lumière est un dispositif électronique, notamment à circuit imprimé, comprenant une ou plusieurs LED (diode électroluminescente) et au moins un guide de lumière pour guider la lumière émise par la ou les LED.
[0043] Selon l’un des aspects de l’invention, le guide de lumière du moteur de lumière comporte une plaque dans laquelle de la lumière peut se propager, cette plaque comprenant au moins une face d’émission de la lumière. [0044] Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque présente, au moins localement, une forme plane, et la face d’émission de la lumière est, au moins localement, plane.
[0045] Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque présente une forme complexe différente d’une forme plane.
[0046] Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque de guide de lumière s’étend selon une surface courbe.
[0047] Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque est réalisée en matériau à base de plastique.
[0048] Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque est fabriquée avec une forme prédéterminée, à savoir qu’elle ne se déforme pas ou sensiblement pas lors de son intégration dans le dispositif de chauffage et d’éclairage.
[0049] Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque présente deux faces séparées par l’épaisseur de la plaque, l’une de ces faces présentant des reliefs d’activation optique agencés pour provoquer la déviation de la lumière vers la face d’émission de la lumière qui est opposée à la face sur laquelle sont réalisées les reliefs.
[0050] Selon l’un des aspects de l’invention, la plaque forme une source lumineuse surfacique, à diffusion lumineuse homogène ou hétérogène.
[0051] Selon l’un des aspects de l’invention, la face d’émission de la lumière est en vis-à-vis de la structure chauffante.
[0052] Selon l’un des aspects de l’invention, la structure lumineuse comprend une nappe textile.
[0053] Selon l’un des aspects de l’invention, la nappe textile comprend des fils textiles et des fibres optiques entrelacés.
[0054] Selon l’un des aspects de l’invention, les fils textiles comprennent des fils dans une matière naturelle tels que des fils végétaux, et/ou des fils dans une matière artificielle ou synthétique. [0055] Dans un exemple de réalisation de l’invention, la nappe textile comprend des fibres optiques en chaîne tissés avec des fils textiles en trame.
[0056] Dans un autre exemple de réalisation de l’invention, la nappe textile comprend des fibres optiques en trame tissés avec des fils textiles en chaîne.
[0057] Selon l’un des aspects de l’invention, la nappe textile comprend des fils textiles agencés en chaîne et en trame selon une armature de type toile.
[0058] Selon l’un des aspects de l’invention, les fibres optiques sont ponctuellement liées à ladite armature de manière à venir doubler ladite armature, les fibres optiques étant sensiblement positionnée sur une surface parallèle à la surface définie par l’armature.
[0059] Selon l’un des aspects de l’invention, l’armature est souple, c’est-à-dire capable de prendre une forme prédéterminée par déformation.
[0060] Selon l’un des aspects de l’invention, les fibres optiques sont liées à l’armature par des fils textiles de chaîne ou des files de trame
[0061] Selon l’un des aspects de l’invention, les fils textiles et les fibres optiques forment une nappe tissée.
[0062] Selon l’un des aspects de l’invention, la nappe textile a une épaisseur inférieure à 1 mm, notamment comprise entre 0,1 mm et 0,7 mm.
[0063] Selon l’un des aspects de l’invention, les fibres optiques comportent chacune une ou plusieurs zones d’émission de la lumière vers l’extérieur de la fibre.
[0064] Selon l’un des aspects de l’invention, ces zones d’émission sont sur une surface latérale de la fibre optique.
[0065] Selon l’un des aspects de l’invention, ces zones ont des formes variées, par exemple une zone circulaire, une zone longiligne, une zone en croix, une zone en zigzag...
[0066] Ces zones d’émission peuvent être perçues depuis l’habitacle comme des points ou tâches ou motifs lumineuse. [0067] Selon l’un des aspects de l’invention, l’une au moins des zones d’émission de la lumière comporte des reliefs d’activation, par exemple sous la forme de stries, pour envoyer la lumière hors de la fibre optique.
[0068] Selon l’un des aspects de l’invention, ces reliefs, notamment des stries, sont réalisés par attaque laser ou par sablage sur la fibre optique.
[0069] Selon l’un des aspects de l’invention, la structure chauffante comprend un réseau d’électrodes comportant une pluralité d’électrodes de distribution et une pluralité d’électrodes de contact alimentées en courant électrique par les électrodes de distribution.
[0070] Les électrodes de distribution peuvent être vues comme des électrodes « parents >> et les électrodes de contact comme des électrodes « enfants ».
[0071] Selon l’un des aspects de l’invention, les électrodes de contact sont, au moins pour certaines d’entre elles, notamment pour toutes les électrodes de contact du réseau d’électrodes, parallèles entre elles.
[0072] Selon l’un des aspects de l’invention, le réseau d’électrodes comprend des électrodes de distribution agencées pour conduire du courant électrique d’une source électrique vers les électrodes de contact, plusieurs électrodes de contact se raccordant à une même électrode de distribution.
[0073] Selon l’un des aspects de l’invention, une au moins des électrodes de distribution est rectiligne sur une partie au moins de sa longueur, et les électrodes de contact qui sont associées à cette électrode de distribution se raccordant, par exemple perpendiculairement, à cette électrode de distribution.
[0074] Selon l’un des aspects de l’invention, les électrodes de distribution peuvent présenter des formes différentes, notamment courbes avec des arrondis.
[0075] Les électrodes de distribution peuvent être parallèles entre elles ou non.
[0076] Selon l’un des aspects de l’invention, le réseau d’électrodes comporte au moins deux électrodes de distribution qui sont parallèles entre elles sur au moins une partie de leur longueur, et leurs électrodes de contact associées sont disposées entre ces deux électrodes de distribution et sont alternées avec une inter-distance qui décroit en lien avec la décroissance de la tension présente entre les paires d’électrodes de manière à maintenir sensiblement uniforme la puissance électrique entre les paires d’électrodes de contact.
[0077] Selon l’un des aspects de l’invention, les électrodes et la couche résistive sont portées sur un substrat réalisé dans un matériau souple capable de prendre une forme prédéterminée par déformation, ce substrat étant notamment également extensible.
[0078] Selon l’un des aspects de l’invention, la couche résistive est déposée sur le substrat, et se présente sous la forme d’une nappe, notamment une nappe d’encre. Cette nappe est notamment d’épaisseur sensiblement constante sur toute sa superficie.
[0079] Selon l’un des aspects de l’invention, les électrodes sont déposées sur le substrat par impression, sérigraphie ou lamination de plusieurs matériaux.
[0080] Selon l’un des aspects de l’invention, la couche résistive est déposée sur le substrat par impression, sérigraphie ou lamination de plusieurs matériaux.
[0081] Selon l’un des aspects de l’invention, la couche résistive est présente sur une face du substrat.
[0082] Selon l’un des aspects de l’invention, la couche résistive est disposée en regard de la face fonctionnelle dudit dispositif.
[0083] Selon l’un des aspects de l’invention, le substrat est de type textile, tissé ou tricoté, ou de type non-tissé.
[0084] Ce non-tissé peut comporter un mélange de fibres en polypropylène et/ou de fibres en polyester. D’autres fibres peuvent être utilisées, par exemple des fibres naturelles.
[0085] Les fils formant le substrat peuvent être extensibles, ou non.
[0086] Selon l’un des aspects de l’invention, le substrat peut être une feuille de plastique souple ou une mousse telle que le TPU (thermoplastique polyuréthane). [0087] Selon l’un des aspects de l’invention, le substrat présente une superficie d’au moins 10 cm2, ou d’au moins 50 cm2, ou d’au moins 500 cm2.
[0088] Selon l’un des aspects de l’invention, les électrodes sont réalisées en matériau conducteur, notamment métallique tel que de l’encre chargée de particules conductrices, notamment de particules d’argent ou de cuivre.
[0089] Selon l’un des aspects de l’invention, les électrodes sont des rubans adhésifs métalliques, par exemple en cuivre.
[0090] Selon l’un des aspects de l’invention, la couche résistive est une couche continue.
[0091] En variante, la couche résistive comporte une pluralité d’éléments résistifs discrets formant cette couche.
[0092] Selon l’un des aspects de l’invention, ces éléments résistifs discrets forment des motifs répétitifs.
[0093] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de chauffage et d’éclairage comporte un décor visible depuis l’intérieur de l’habitacle, ce décor étant par exemple un habillage de l’habitable, tel que par exemple un tissu, un cuir ou un revêtement esthétique.
[0094] Selon l’un des aspects de l’invention, la structure chauffante, la structure lumineuse et le décor forment des couches empilées.
[0095] Le dispositif selon l’invention permet ainsi de réaliser, outre les fonctions de chauffage et d’éclairage, une fonction de décoration, par exemple avec une zone en cuir ou en tissu prédéterminé, visible depuis l’habitacle.
[0096] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de chauffage et d’éclairage comprend un masque réalisé dans un matériau qui bloque la lumière issue de structure lumineuse et comprenant des ajours pour laisser passer cette lumière selon un motif conféré par ces ajours.
[0097] L’invention a encore pour objet un composant d’habitable de véhicule, comportant un dispositif de chauffage et d’éclairage tel que précité. [0098] Selon l’un des aspects de l’invention, le composant est choisi parmi l’un des composants d’habitable suivants :
- un composant agencé pour être intégré à une portière du véhicule,
- un composant agencé pour être intégré à une planche de bord,
- un composant d’habillage de cave à pied,
- un composant d’habillage de pavillon ou de toit d’habitacle,
- un composant d’habillage d’accoudoir,
- un composant d’une boite à gant,
- un composant d’habillage de pilier.
[0099] Selon l’un des aspects de l’invention, le composant d’habitacle qui comprend le dispositif de chauffage et d’éclairage est indépendant d’un siège du véhicule.
[0100] Selon l’un des aspects de l’invention, le composant d’habitacle qui comprend le dispositif de chauffage et d’éclairage est agencée pour chauffer par radiation thermique ou par conduction thermique ou contact thermique, et non par chauffage par chaleur transportée par de l’air en mouvement forcé au sein de l’habitacle.
[0101 ] Notamment le dispositif de chauffage et d’éclairage n’est traversé par aucun flux d’air destiné à refroidir ou chauffer l’habitacle. De préférence, le dispositif de chauffage et d’éclairage est distinct de système de mise en mouvement d’air tel qu’un HVAC du véhicule.
[0102] L’invention a encore pour objet un procédé pour réaliser un dispositif de chauffage et d’éclairage tel que précité, comportant les étapes suivantes :
- fournir une structure lumineuse capable d’émettre une lumière visible,
- fournir une structure chauffante comportant : o au moins une couche résistive agencée pour produire de la chaleur lorsque cette couche est parcourue par un courant électrique, cette couche résistive étant réalisée dans un matériau capable de laisser passer de la lumière émise par la structure lumineuse, o au moins deux électrodes de distribution, lesdites électrodes de distribution étant en contact électrique avec la couche résistive de manière à permettre à un courant électrique de circuler à travers la couche résistive entre ces deux électrodes,
- assembler ces deux structures ensemble.
[0103] D'autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
[0104] - La figure 1 [Fig. 1] est une représentation schématique d’un habitacle de véhicule automobile équipé avec un dispositif de chauffage et d’éclairage selon un exemple de réalisation de l’invention,
[0105] - La figure 2 [Fig. 2] est une représentation schématique, en coupe, du dispositif de chauffage et d’éclairage selon un exemple de réalisation de l’invention ;
[0106] - La figure 3 [Fig. 3] est une représentation schématique d’une structure chauffante du dispositif de chauffage et d’éclairage de la figure 2 ;
[0107] - La figure 4 [Fig. 4] est une représentation schématique d’une structure chauffante selon un autre exemple de réalisation de l’invention ;
[0108] - La figure 5 [Fig. 5] est une représentation schématique d’une structure lumineuse du dispositif de chauffage et d’éclairage de la figure 2 ;
[0109] - La figure 6 [Fig. 6] est une représentation schématique d’une structure lumineuse selon un autre exemple de réalisation de l’invention ;
[0110] - La figure 7 [Fig. 7] est une représentation schématique de la structure lumineuse de la figure 6, sur l’autre face ;
[0111] - La figure 8 [Fig. 8] est une vue de détail de la nappe textile de la structure lumineuse de la figure 6 ;
[0112] - La figure 9 [Fig. 9] est une représentation électrique schématique d’un système de chauffage selon un exemple de réalisation de l’invention ; [0113] - La figure 10 [Fig. 10] est une courbe de variation de la résistance par rapport à la température, pour la couche résistive du système de chauffage de la figure 9 ;
[0114] - La figure 1 1 [Fig. 1 1 ] est un schéma bloc des différentes étapes mises en oeuvre sur le système de chauffage de la figure 9.
[0115] On a représenté sur la figure 1 un habitacle 100 d’un véhicule automobile V. On a également représenté des portières 101 et le toit 102 de l’habitacle. Des sièges 103 pour les passagers sont également visibles.
[0116] Dans l’exemple décrit, des dispositifs de chauffage et d’éclairage 1 sont intégrés au toit 102 de l’habitacle.
[0117] Comme illustré sur la figure 2, chaque dispositif de chauffage et d’éclairage 1 est fixé sur une structure de toit 105 et comprend, selon un empilement, successivement :
- une structure lumineuse 10 capable d’émettre une lumière visible, placée contre la structure de toit 105,
- une structure chauffante 50,
- un substrat rigide 80, qui est, dans l’exemple décrit, une pièce de structure en matériau plastique translucide, ou en matériau plastique transparent,
- une couche en matériau souple 90, ici une couche de mousse, agencée pour conférer au dispositif de chauffage et d’éclairage 1 une sensation de douceur au toucher, cette couche 90 pouvant être omise le cas échéant,
- un masque 100 réalisé dans un matériau qui bloque la lumière issue de la structure lumineuse 10 et comprenant des ajours pour laisser passer cette lumière selon un motif conféré par ces ajours, ce maque 100 pouvant être omis le cas échéant,
- un décor 1 10 qui peut être de type textile, cuir, bois ou plastique.
[0118] Chaque dispositif de chauffage et d’éclairage 1 présente une forme de panneau, avec une face fonctionnelle 2 vers laquelle de la chaleur H produite par la structure chauffante 50 et la lumière L produite par la structure lumineuse 10 peuvent être envoyées, cette face fonctionnelle 2 étant configurée pour diffuser la chaleur H et la lumière L ainsi reçues vers l’habitacle 100.
[0119] La face fonctionnelle 2 est ainsi une face externe du dispositif de chauffage et d’éclairage 1 sur laquelle les fonctions de chauffage et d’éclairage se manifestent, pour chauffer une zone de l’habitacle 100 et/ou pour éclairer une zone de cet habitacle 100 ou créer un effet lumineux visible depuis l’habitacle 100.
[0120] Le dispositif de chauffage et d’éclairage 1 peut être souple, à savoir il peut être conformé pour prendre une forme prédéterminée.
[0121] La structure chauffante 50 et la structure lumineuse 10 sont assemblées par lamination.
[0122] Comme décrit en référence à la figure 5, la structure lumineuse 10 comprend des sources de lumière 11 , ici sous d’une rangée de LED (diode électroluminescente). Seules deux LED 11 sont représentées sur la figure 5.
[0123] La lumière visible émise par la structure lumineuse 10 est une lumière visible par l’œil humain.
[0124] Dans l’exemple de la figure 5, la structure lumineuse 10 comprend un moteur de lumière 12 qui est un dispositif électronique à circuit imprimé 13, comprenant les LED 11 et un guide de lumière 14 pour guider la lumière émise par la ou les LED.
[0125] Le guide de lumière 14 comporte une plaque 15 dans laquelle de la lumière peut se propager, cette plaque comprenant une face d’émission 16 de la lumière.
[0126] La plaque 15 présente une forme complexe courbe avec une face principale 19 se rapprochant d’une surface plane.
[0127] Cette plaque 15 comprend des facettes 17 d’injection de la lumière issue des LED 11 , ces facettes 17 étant à l’extrémité de régions rétrécies coudées 18 de la plaque 15.
[0128] La plaque 15 est réalisée en matériau à base de plastique, avec une forme prédéterminée, à savoir qu’elle ne se déforme pas ou sensiblement pas lors de son intégration dans le dispositif de chauffage et d’éclairage 1 . [0129] La plaque 15 présente deux faces séparées par l’épaisseur de la plaque, l’une de ces faces présentant des reliefs d’activation optique 20 agencés pour provoquer la déviation de la lumière vers la face d’émission de la lumière 16 qui est opposée à la face sur laquelle sont réalisées les reliefs 20.
[0130] Ainsi, la plaque 15 forme une source lumineuse surfacique.
[0131] La face d’émission 16 est en vis-à-vis de la structure chauffante 50.
[0132] On a illustré, en référence aux figures 6 et 7, une structure lumineuse 30, qui peut, dans un autre exemple de mise en oeuvre de l’invention, être utilisée à la place de la structure lumineuse 10 précédemment décrite, dans le dispositif de chauffage et d’éclairage 1 .
[0133] Dans cet exemple, la structure lumineuse 30 comprend une nappe tissée 31.
[0134] La figure 6 représente la face 32 de la structure lumineuse 30 qui est en regard de la structure chauffante 50.
[0135] La figure 7 représente la face 33 de la structure lumineuse 30 qui est opposée à la face 32.
[0136] La nappe textile 31 comprend des fils textiles 35 et des fibres optiques 36 entrelacés, comme illustré sur la figure 8.
[0137] Les fils textiles 35 comprennent des fils dans une matière naturelle tels que des fils végétaux, et/ou des fils dans une matière artificielle ou synthétique.
[0138] Les fibres optiques 36, appelés fils en chaîne, sont tissés avec des fils textiles 35, en trame.
[0139] Dans un autre exemple de réalisation de l’invention, non illustrée, la nappe textile peut comprendre des fibres optiques 36 en trame tissés avec des fils textiles 35, en chaîne.
[0140] La nappe textile 31 peut comprendre des fils textiles 35, agencés en chaîne et en trame selon une armature de type toile. [0141] Les fibres optiques 36 sont alors ponctuellement liées aux fils textiles de l’armature 35 au moyen de fils textiles, les fibres optiques 36 étant sensiblement positionnée sur une surface parallèle à la surface définie par l’armature 35.
[0142] L’armature 35 est souple, c’est-à-dire capable de prendre une forme prédéterminée par déformation.
[0143] La nappe textile 31 a une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 0,7 mm.
[0144] Les fibres optiques 36 peuvent être formées chacune par une âme gainée d'un polymère fluoré. L'âme des fibres optiques peut être formée dans un matériau choisi parmi le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) et le polycarbonate (PC). En variante, les fibres optiques peuvent être formées chacune par un fil en fibres de verre.
[0145] Les fils textiles 35 peuvent être formés dans un matériau choisi parmi la laine, l'aramide, le polyamide, le polyester et le coton.
[0146] Du fait du schéma de tissage, les fibres optiques 36 s’étendent majoritairement sur la face 32 de la nappe 31 , sans être masqués outre mesure par les fils textiles 35 qui recouvrent davantage la face opposée 33.
[0147] Les fibres optiques 36 sont agencées pour émettre latéralement de la lumière vers l’extérieur de la fibre.
[0148] Une ou plusieurs LED 11 alimentent les fibres optiques 36 qui sont rangées de manière convergente vers ce ou ces LED 11 .
[0149] Nous allons maintenant décrire, plus en détail, la structure chauffante 50.
[0150] Comme illustré sur la figure 3, cette structure chauffante 50 comprend une couche résistive 51 agencée pour produire de la chaleur lorsque cette couche est parcourue par un courant électrique I, cette couche résistive étant réalisée dans un matériau capable de laisser passer de la lumière émise par la structure lumineuse 10 ou 30.
[0151] La structure chauffante 50 comprend en outre deux électrodes de distribution 52, qui sont en contact électrique avec la couche résistive 51 de manière à permettre à un courant électrique I de circuler à travers la couche résistive 51 entre ces deux électrodes 52.
[0152] Ces électrodes 52 présentent des tronçons 53 parallèles entre lesquels se trouve la couche résistive 51 , et des tronçons transversaux 54 qui sont connectés à des fils d’alimentation électriques 55.
[0153] Le matériau de la couche résistive 51 contient un oxyde transparent conducteur (TCO) choisi parmi l’oxyde d’indium-étain (ITO) et l’oxyde de Zinc (ZnO).
[0154] Ainsi la couche résistive 51 est à la fois transparente à la lumière de la structure lumineuse 10 ou 30, et permet par effet Joule de générer de la chaleur.
[0155] Dans l’exemple décrit, la totalité de la structure chauffante 50 est placée entre la face fonctionnelle 2 et la structure lumineuse 10 de sorte que de la lumière issue de cette structure lumineuse 10 traverse la couche résistive 51 de la structure chauffante avant d’atteindre la face fonctionnelle 2.
[0156] Les électrodes 52 et la couche résistive 51 sont portées sur un substrat 58 réalisé dans un matériau souple capable de prendre une forme prédéterminée par déformation, ce substrat étant notamment également extensible.
[0157] Les électrodes 52 sont déposées sur le substrat 58 par impression, sérigraphie ou lamination de plusieurs matériaux.
[0158] Les électrodes 52 sont réalisées en matériau conducteur, notamment métallique tel que de l’encre chargée de particules conductrices, notamment de particules d’argent ou de cuivre.
[0159] Par ailleurs, la couche résistive 51 est déposée sur le substrat par impression, sérigraphie ou lamination de plusieurs matériaux.
[0160] La couche résistive 51 est présente sur une face du substrat 58, en regard de la face fonctionnelle du dispositif 1 .
[0161] Le substrat 58 est de type textile, tissé ou tricoté, ou de type non-tissé. [0162] Le non-tissé peut comporter un mélange de fibres en polypropylène et/ou de fibres en polyester. D’autres fibres peuvent être utilisées, par exemple des fibres naturelles.
[0163] En variante, le substrat 58 peut être une feuille de plastique souple ou une mousse telle que le TPU (thermoplastique polyuréthane).
[0164] Le substrat 58 présente une épaisseur inférieure à 1 cm, et une superficie d’au moins 10 cm2, ou d’au moins 50 cm2, ou d’au moins 500 cm2.
[0165] Dans un autre exemple illustré à la figure 4, la structure chauffante 50 peut être remplacée, dans le dispositif de chauffage et d’éclairage 1 , par une structure chauffante 70 qui comprend un réseau d’électrodes 71 tel que décrit ci-dessous.
[0166] Ce réseau d’électrodes 71 comporte deux électrodes de distribution rectilignes 72 et une pluralité d’électrodes de contact 73 alimentées en courant électrique par les électrodes de distribution 72.
[0167] Les électrodes de distribution 72 peuvent être vues comme des électrodes « parents >> et les électrodes de contact 73 comme des électrodes « enfants ».
[0168] Plusieurs électrodes de contact 73 se raccordent à une même électrode de distribution 72, suivant un ange droit.
[0169] Les électrodes de contact 73 sont parallèles entre elles, et forment des paires associées chacune à une couche résistive 75.
[0170] Ces couches 75 sont séparées les unes des autres et formes plusieurs zones chauffantes, par exemple à motifs répétitifs.
[0171] Dans un autre exemple non illustré, les électrodes de distribution 72 peuvent présenter des formes différentes, notamment courbes avec des arrondis.
[0172] Le dispositif de chauffage et d’éclairage 1 comporte le décor 105 qui est visible depuis l’intérieur de l’habitacle 100, ce décor 105 étant un habillage de l’habitable, tel que par exemple un tissu, un cuir ou un revêtement esthétique.
[0173] La structure chauffante 50 ou 70, la structure lumineuse 10 ou 30 et le décor 105 forment des couches empilées. [0174] Le dispositif 1 permet ainsi de réaliser, outre les fonctions de chauffage et d’éclairage, une fonction de décoration, par exemple avec une zone en cuir ou en tissu prédéterminé, visible depuis l’habitacle.
[0175] De manière générale, le dispositif 1 peut être utilisé pour former un composant 120 choisi parmi l’un des composants d’habitable suivants :
- un composant agencé pour être intégré à une portière du véhicule,
- un composant agencé pour être intégré à une planche de bord,
- un composant d’habillage de cave à pied,
- un composant d’habillage de pavillon ou de toit d’habitacle,
- un composant d’habillage d’accoudoir,
- un composant d’une boite à gant,
- un composant d’habillage de pilier.
[0176] La figure 1 montre le cas d’utilisation dans un toit de véhicule.
[0177] Le composant d’habitacle 120 qui comprend le dispositif de chauffage et d’éclairage est indépendant d’un siège 103 du véhicule.
[0178] Le composant d’habitacle 120 qui comprend le dispositif de chauffage et d’éclairage 1 est agencée pour chauffer par radiation thermique ou par conduction thermique ou contact thermique, et non par chauffage par chaleur transportée par de l’air en mouvement forcé au sein de l’habitacle.
[0179] On va maintenant décrire en référence à la figure 9 un système de chauffage 200 qui comprend une structure chauffante 50 telle que décrite plus haut, notamment en référence à la figure 3.
[0180] Cette structure chauffante 50 comporte une couche résistive 51 agencée pour produire de la chaleur lorsque cette couche 51 est parcourue par un courant électrique, cette couche résistive 51 étant formée par une nappe d’encre à base de carbone déposée sur un substrat. Pour la construction de la structure chauffante 50, il est possible de se référer aux détails donnés plus haut. [0181] Sur la figure 9, la couche résistive 51 est symbolisée par une résistance variable Rh. En effet, le matériau à base de carbone de la couche résistive 51 présente une propriété qui est la variation de sa résistance électrique en fonction de la température.
[0182] Cette propriété est illustrée sur la figure 10 qui montre un exemple de variation de la résistance électrique d’un échantillon de matériau de couche résistive 51 placé dans une étuve thermique. Comme on peut le voir, la résistance (en ordonnées) croît lorsque la température (en abscisse) croît, définissant un coefficient de température positif.
[0183] Le système de chauffage 200 comprend un capteur de température 201 configuré pour utiliser cette propriété de la couche résistive 51 pour déterminer une température associée à cette couche résistive 51 .
[0184] Le capteur de température 201 comporte un montage électrique agencé pour permettre une mesure ratiométrique représentative de la résistance électrique de la couche résistive 51 .
[0185] Le montage électrique comporte deux branches à diviseurs de tension placées en parallèle, dont une première branche 202 avec une résistance Shunt Rs en série avec la résistance Rh de la couche résistive 51 , et une deuxième branche 203 comprenant deux résistances R1 et R2 en série.
[0186] Les résistances R1 , R2 et Rs sont des résistances dont la variation avec la température est faible, et peuvent être considérées comme étant constantes, tandis que la résistance Rh est la résistance du matériau de la couche résistive 51 avec un coefficient de température positif.
[0187] Le capteur de température 201 est agencé pour calculer le ratio entre une première tension V1 mesurée sur la première branche 202 et une deuxième tension V2 mesurée sur la deuxième branche 203.
[0188] En particulier, la connaissance de la valeur de la tension d’alimentation Vcc, à laquelle est liée la tension V2, évite d’avoir à alimenter le montage électrique avec une tension régulée et d’appliquer le principe ratiométrique entre V1 et V2 pour déduire par calcul la valeur de la résistance Rh et donc d’accéder à la température.
[0189] Si un convertisseur analogique vers numérique (CAN) est utilisé, pour étendre la plage de résolution, il est intéressant d’amplifier le signal V1 avec un simple amplificateur opérationnel. Le rapport V2/V1 est une valeur ratiométrique indépendante des variations de tension Vcc, et dépend uniquement de la variation de résistance de la couche résistive 51 chauffante. De cette mesure, on peut déduire la température. On considère que les résistances R1 et R2 sont constituées de matériaux avec un coefficient de température négligeable par rapport à la résistance Rh. En outre, le coefficient de température des résistances R1 et R2 n’affecte pas l’effet diviseur de tension donnant la tension V2.
[0190] La première tension V1 est mesurée aux bornes de la résistance Rs s’écrit de la manière suivante : fis
VI = Vcc x
Ss+Sh
[0191] La deuxième tension V2 mesurée aux bornes de la résistance R2 s’écrit de la manière suivante :
Figure imgf000025_0001
[0192] Le ratio V2/V1 s’écrit alors :
Figure imgf000025_0002
[0193] On constate que a =R2/(R1 +R2) qui ne dépend que R1 et R2 est constant.
[0194] Le ratio V2/V1 est indépendant de la tension d’alimentation Vcc, et on note que ce ratio n’est variable que par la valeur Rh qui varie en fonction de la température. Ainsi la simple connaissance du rapport V2/V1 , sans même calculer la température, permet notamment de faire la régulation thermique et la sécurité de fonctionnement du système de chauffage 200.
[0195] Le système de chauffage 200 est agencé pour mémoriser une table de valeurs de ratios (V2/V1 ) et pour comparer une valeur mesurée de ratio (V2/V1 ) avec les valeurs de la table, éventuellement avec une valeur extrapolée de cette table.
[0196] A titre d’exemple, on prend a= 0,2 , cette valeur permettant d’acquérir la tension Vcc dans la plage de tension généralement admise pour un véhicule par une électronique à 3,3V de fonctionnement. On prend Rs=0,1 ohm.
[0197] On a la table suivante de valeurs préenregistrées :
Figure imgf000026_0001
[0198] T°C désigne la température de la couche résistive 51. Rapp V2 désigne le rapport Rs/(Rs+Rh). On voit qu’à chaque ratio V2/V1 est associée une valeur de température.
[0199] Pour une température de consigne donnée, il procédé à une interpolation de la valeur V2/V1 depuis les valeurs préenregistrées dans la table qui encadrent la température de consigne, puis il est procédé à une comparaison de cette valeur avec la valeur calculée depuis les acquisitions de V1 et V2.
[0200] D’une manière générale, le procédé selon l’invention comprend les étapes suivantes (voir figure 11 ) :
- fournir une température de consigne (étape 210),
- déterminer une première valeur d’une grandeur, ici une valeur de ratio V1/V2 ou V2/V1 , associée à cette température de consigne, par extrapolation à partir d’une table de valeurs (étape 21 1 ), - déterminer une deuxième valeur d’une grandeur, ici une valeur de ratio mesurée sur la couche résistive de la structure chauffante (étape 212),
- comparer la valeur de ratio associée de la température de consigne à celle mesurée (étape 213),
- enclencher ou maintenir le chauffage de la structure chauffante 51 si la valeur de ratio mesurée est plus petite que la valeur de ratio associée de la température de consigne (étape 214),
- couper le chauffage de la structure chauffante 51 si la valeur de ratio mesurée est plus grande que la valeur de ratio associée de la température de consigne (étape 215).
[0201] La mesure de la température peut s’effectuer pendant ou en dehors d’une période de chauffage de la structure chauffante.
[0202] En résumé, l’invention utilise la variation de résistance avec la température du matériau actif de la couche résistive pour déduire la température, et cette propriété est notamment utilisée à des fins d’autorégulation et/ou de sécurité de fonctionnement du système de chauffage. Cela évite la mise en oeuvre de composants tels que des CTN qui, en outre, pourraient se révéler insuffisants pour accomplir au mieux la régulation de la température de la structure chauffante. L’invention permet notamment de connaître, avec une grande fiabilité, la température moyenne de toute la surface de la structure chauffante et non seulement de zones localisées d’un ou plusieurs capteurs de température ajoutés au système. Un autre avantage lié à l’invention est une meilleure sécurité de fonctionnement car le chauffage peut être conditionné directement à la température du matériau de la couche résistive et non à l’indication d’un capteur CTN par exemple. L’invention permet encore une meilleure résilience en cas de dégradation locale de la couche résistive dans la mesure où il n’y a pas de rupture de conduction, contrairement à un fil chauffant rompu.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système de chauffage (200), notamment destiné à être installé à l’intérieur d’un habitacle d’un véhicule, notamment d’un véhicule automobile, le système comprenant :
- une structure chauffante (50) comportant : o au moins une couche résistive (51 ) agencée pour produire de la chaleur lorsque cette couche est parcourue par un courant électrique, cette couche résistive étant notamment une nappe à base de carbone déposée sur un substrat, o au moins deux électrodes en contact électrique avec la couche résistive de manière à permettre à un courant électrique de circuler à travers la couche résistive entre ces deux électrodes,
- un capteur de température (201 ) configuré pour utiliser une propriété de la couche résistive (51 ) pour déterminer une température associée à cette couche résistive, la propriété utilisée étant la variation de la résistance électrique de la couche résistive (51 ) en fonction de la température de celle- ci.
[Revendication 2] Système de chauffage selon la revendication précédente, dans lequel le capteur de température (201 ) comporte un montage électrique agencé pour permettre une mesure ratiométrique représentative de la résistance électrique de la couche résistive.
[Revendication 3] Système de chauffage selon la revendication précédente, dans lequel le montage électrique comporte deux branches parallèles, dont une première branche (202) avec une résistance Shunt (Rs) en série avec la résistance (Rh) de la couche résistive (51 ), et une deuxième branche (203) comprenant deux résistances (Rs, Rh) en série.
[Revendication 4] Système de chauffage selon la revendication précédente, dans lequel le capteur de température (201 ) est agencé pour calculer le ratio entre une première tension (V1 ) mesurée sur la première branche et une deuxième tension (V2) mesurée sur la deuxième branche.
[Revendication 5] Système de chauffage selon la revendication précédente, dans lequel le système est agencé pour mémoriser une table de valeurs de ratios (V1/V2 ou V2/V1 ) et pour comparer une valeur mesurée de ratio (V1/V2 ou V2/V1 ) dans le montage électrique à diviseur de tension.
[Revendication 6] Système de chauffage selon la revendication précédente, dans lequel le système de chauffage est configuré pour réaliser un diagnostic de la structure chauffante (50) lors de son fonctionnement, par exemple pour détecter des défauts sur la structure chauffante.
[Revendication 7] Système de chauffage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les électrodes et la couche résistive (51 ) sont portées sur un substrat réalisé dans un matériau souple capable de prendre une forme prédéterminée par déformation, ce substrat étant notamment également extensible.
[Revendication 8] Procédé pour mesurer une température d’une structure chauffante (50) qui comporte :
- au moins une couche résistive (51 ) agencée pour produire de la chaleur lorsque cette couche est parcourue par un courant électrique, cette couche résistive étant notamment une nappe à base de carbone déposée sur un substrat,
- au moins deux électrodes en contact électrique avec la couche résistive de manière à permettre à un courant électrique de circuler à travers la couche résistive entre ces deux électrodes, le procédé comportant l’étape suivante :
- utiliser une propriété de la couche résistive (51 ) pour déterminer une température associée à cette couche résistive, la propriété utilisée étant la variation de la résistance électrique de la couche résistive en fonction de la température de celle-ci.
[Revendication 9] Procédé selon la revendication précédente, comprenant les étapes suivantes :
- fournir une température de consigne (étape 210),
- déterminer une première valeur d’une grandeur, par exemple une valeur de ratio V1/V2 ou V2/V1 , associée à cette température de consigne, notamment par extrapolation à partir d’une table de valeurs (étape 21 1 ),
- déterminer une deuxième valeur d’une grandeur, par exemple une valeur de ratio mesurée sur la couche résistive de la structure chauffante (étape 212),
- comparer la première valeur à la deuxième valeur, par exemple comparer la valeur de ratio associée de la température de consigne à celle mesurée (étape 213),
- enclencher ou maintenir le chauffage de la structure chauffante si la première valeur est plus petite que la deuxième valeur, par exemple si la valeur de ratio mesurée est plus petite que la valeur de ratio associée de la température de consigne (étape 214),
- couper le chauffage de la structure chauffante si la première valeur est plus grande que la deuxième valeur, par exemple si la valeur de ratio mesurée est plus grande que la valeur de ratio associée de la température de consigne (étape 215).
[Revendication 10] Utilisation du système de chauffage selon l’une des revendications 1 à 7, en tant que thermomètre pour mesurer une température ambiante, par exemple une température ambiante dans un habitacle de véhicule.
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