FR2757456A1 - DEVICE FOR HEATING THE INTERIOR OF A VEHICLE WITH AN ELECTRIC MOTOR - Google Patents
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Abstract
Un dispositif de chauffage de l'habitacle (H) d'un véhicule à moteur électrique (M) comprend un radiateur de chauffage (12) propre à être traversé par un flux d'air (F) et comprenant une première nappe (14) reliée à un premier circuit (20) parcouru par un premier fluide caloporteur et servant au refroidissement du circuit électronique de puissance (CP) du moteur électrique (M) du véhicule, et une deuxième nappe (16) reliée à un deuxième circuit (32) parcouru par un deuxième fluide caloporteur et comportant une capacité (34) dans laquelle est immergée une résistance électrique (36).A device for heating the passenger compartment (H) of an electric motor vehicle (M) comprises a heating radiator (12) suitable for being traversed by an air flow (F) and comprising a first layer (14) connected to a first circuit (20) traversed by a first heat transfer fluid and used for cooling the electronic power circuit (CP) of the electric motor (M) of the vehicle, and a second ply (16) connected to a second circuit (32) traversed by a second heat transfer fluid and comprising a capacity (34) in which an electrical resistance (36) is immersed.
Description
I Dispositif de chauffaae de l'habitacle d'un véhicule à moteur électriqueI Device for heating the passenger compartment of an electric motor vehicle
L'invention concerne un dispositif de chauffage de l'habita- The invention relates to a device for heating the home.
cle d'un véhicule à moteur électrique, du type comprenant un radiateur de chauffage propre à être traversé par un flux d'air. Pour assurer le chauffage de l'habitacle d'un véhicule propulsé par un moteur électrique, il est connu d'utiliser un radiateur de chauffage de type électrique alimenté à partir des batteries embarquées dans le véhicule. Ce radiateur de key of an electric motor vehicle, of the type comprising a heating radiator capable of being traversed by an air flow. To heat the passenger compartment of a vehicle powered by an electric motor, it is known to use an electric type heating radiator powered by the batteries on board the vehicle. This radiator
chauffage électrique est le plus souvent placé dans l'habita- electric heating is most often placed in the home-
cle, à la place du radiateur de chauffage traditionnel, parcouru par un fluide chaud, dans le cas d'un véhicule animé key, in place of the traditional heating radiator, traversed by a hot fluid, in the case of an animated vehicle
par un moteur thermique.by a heat engine.
L'utilisation d'un radiateur de chauffage de type électrique présente divers inconvénients. Tout d'abord, comme ce radiateur électrique est alimenté à partir des batteries-du véhicule, le chauffage de l'habitacle s'effectue au détriment de l'autonomie du véhicule, puisque ce sont aussi les The use of an electric type heating radiator has various drawbacks. First of all, as this electric radiator is powered from the vehicle's batteries, heating of the passenger compartment takes place at the expense of the vehicle's autonomy, since these are also the
batteries qui servent à l'alimentation du moteur électrique. batteries used to power the electric motor.
En outre, un radiateur électrique de ce type est nécessaire- In addition, an electric heater of this type is required-
ment limité en puissance, ce qui entraîne pour inconvénient que, par temps froid, le chauffage produit dans l'habitacle limited power, which has the disadvantage that, in cold weather, the heating produced in the passenger compartment
est généralement insuffisant.is generally insufficient.
Pour pallier ce manque de puissance, il est connu d'adjoindre To overcome this lack of power, it is known to add
au radiateur de chauffage électrique un radiateur de chauf- to the electric heating radiator a heating radiator
fage classique parcouru par un fluide caloporteur servant au refroidissement du circuit de puissance, encore appelé conventional fage traversed by a heat transfer fluid used for cooling the power circuit, also called
"électronique de puissance", du moteur électrique du véhicu- "power electronics", of the electric motor of the vehicle
le. Ainsi, la source de chaleur est prélevée sur le circuit de puissance du moteur du véhicule, au travers d'un circuit de fluide caloporteur, habituellement de l'eau additionnée the. Thus, the heat source is taken from the power circuit of the vehicle engine, through a circuit of heat transfer fluid, usually water added
d'un antigel.an antifreeze.
Un tel dispositif de chauffage, que l'on peut qualifier de "dispositif mixte", a pour inconvénient majeur de faire cohabiter un circuit de liquide et un circuit électrique dans A major drawback of such a heating device, which can be described as a "mixed device", is that a liquid circuit and an electrical circuit coexist in
l'habitacle, à proximité des occupants, ce qui peut représen- the passenger compartment, close to the occupants, which can represent
ter un grand danger.ter a great danger.
L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- The object of the invention is in particular to overcome the drawbacks
nients précités.mentioned above.
Elle propose, à cet effet, un dispositif de chauffage du type défini en introduction, dans lequel le radiateur de chauffage comprend une première nappe reliée à un premier circuit parcouru par un premier fluide caloporteur et servant au refroidissement du circuit électronique de puissance du moteur électrique du véhicule, et une deuxième nappe reliée à un deuxième circuit parcouru par un deuxième fluide caloporteur et comportant une capacité contenant ce deuxième fluide caloporteur, dans laquelle est immergée au moins une To this end, it proposes a heating device of the type defined in the introduction, in which the heating radiator comprises a first layer connected to a first circuit traversed by a first heat-transfer fluid and serving for cooling the electronic power circuit of the electric motor. of the vehicle, and a second sheet connected to a second circuit traversed by a second heat transfer fluid and comprising a capacity containing this second heat transfer fluid, in which is immersed at least one
résistance électrique.electrical resistance.
Ainsi, le chauffage de l'habitacle s'effectue à partir d'un radiateur unique, ou échangeur de chaleur, comprenant deux nappes, encore appelées "niveaux", dont la première sert principalement au refroidissement du circuit de puissance du moteur, et la deuxième sert au chauffage par l'intermédiaire d'une ou plusieurs résistances électriques immergées dans la The heating of the passenger compartment is therefore carried out using a single radiator, or heat exchanger, comprising two layers, also called "levels", the first of which is mainly used for cooling the engine power circuit, and the second is used for heating via one or more electrical resistances immersed in the
capacité parcourue par le second fluide. capacity traversed by the second fluid.
Ainsi, pour assurer le chauffage de l'habitacle, on récupère à la fois de l'énergie thermique générée par le circuit de puissance du moteur du véhicule et de l'énergie thermique procurée par la ou les résistances électriques immergées dans To heat the passenger compartment, we recover both the thermal energy generated by the power circuit of the vehicle engine and the thermal energy provided by the electrical resistance (s) immersed in
la capacité.the capacity.
Du fait que le radiateur comporte deux nappes parcourues chacune par un fluide, on évite ainsi de faire cohabiter un Because the radiator has two layers each traversed by a fluid, this avoids making coexist a
circuit de liquide et un circuit électrique. liquid circuit and an electrical circuit.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le premier circuit intègre un radiateur de refroidissement du In a preferred embodiment of the invention, the first circuit integrates a radiator for cooling the
moteur électrique du véhicule.vehicle electric motor.
On prévoit alors de façon avantageuse que le premier circuit comporte une vanne propre à prendre deux positions: une position dite "été" dans laquelle le premier fluide circule dans le radiateur de refroidissement, et une position dite "hiver" dans laquelle le premier fluide circule dans la The first circuit is then advantageously provided with a valve capable of taking two positions: a so-called "summer" position in which the first fluid circulates in the cooling radiator, and a so-called "winter" position in which the first fluid circulates in the
première vanne du radiateur de chauffage. first valve of the heating radiator.
Ainsi, le premier circuit, qui sert au refroidissement du circuit de puissance du moteur, peut prendre deux positions différentes. Dans la position dite "été", le premier fluide est dirigé vers le radiateur de refroidissement du véhicule, Thus, the first circuit, which is used to cool the engine power circuit, can take two different positions. In the so-called "summer" position, the first fluid is directed to the vehicle's cooling radiator,
sans traverser la première nappe du radiateur de chauffage. without crossing the first layer of the heating radiator.
Dans la position dite "hiver", le premier fluide parcourt la première nappe du radiateur de chauffage, ce qui permet de In the so-called "winter" position, the first fluid flows through the first layer of the heating radiator, which allows
récupérer les calories pour assurer le chauffage de l'habita- recover calories to heat the home
cle.key.
La deuxième nappe du radiateur de chauffage sert uniquement The second layer of the heating radiator is only used
au chauffage de l'habitacle, en période d'hiver, par l'inter- heating the passenger compartment, during the winter period, through
médiaire de la ou des résistances électriques immergées dans la capacité. Bien évidemment, ces résistances électriques ne of the electrical resistance (s) immersed in the capacity. Obviously, these electrical resistances do not
sont pas actionnées en période d'été. are not operated during the summer period.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend des moyens de circulation pour faire circuler le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur respectivement dans le premier circuit et dans le deuxième circuit. De façon avantageuse, ces moyens de circulation comprennent une pompe à deux étages comportant une première turbine et une deuxième turbine couplées respectivement au premier circuit et au deuxième circuit, ainsi qu'un moteur électrique commun entraînant la première turbine et la deuxième turbine According to another characteristic of the invention, the device comprises circulation means for circulating the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid respectively in the first circuit and in the second circuit. Advantageously, these circulation means comprise a two-stage pump comprising a first turbine and a second turbine respectively coupled to the first circuit and to the second circuit, as well as a common electric motor driving the first turbine and the second turbine.
en synchronisation.in synchronization.
De façon préférentielle, le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur sont formés chacun par de l'eau Preferably, the first heat transfer fluid and the second heat transfer fluid are each formed by water.
additionnée d'un antigel.added with antifreeze.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la première nappe et la deuxième nappe du radiateur de chauffage sont According to another characteristic of the invention, the first layer and the second layer of the heating radiator are
séparées par une fente.separated by a slit.
De façon préférentielle, le radiateur de chauffage est situé du côté de l'habitacle. Par contre, le premier circuit et le deuxième circuit sont avantageusement situés du côté du Preferably, the heating radiator is located on the side of the passenger compartment. On the other hand, the first circuit and the second circuit are advantageously located on the side of the
compartiment moteur du véhicule.vehicle engine compartment.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre In the following description, made only as
d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de chauffage de l'habitacle d'un véhicule à moteur électrique selon l'invention; - la figure 2 représente schématiquement le radiateur de chauffage du dispositif de la figure 1; et - la figure 3 est une vue en perspective d'une pompe à deux for example, reference is made to the appended drawing, in which: FIG. 1 diagrammatically represents a device for heating the passenger compartment of an electric motor vehicle according to the invention; - Figure 2 schematically shows the heating radiator of the device of Figure 1; and - Figure 3 is a perspective view of a pump with two
étages faisant partie du dispositif de la figure 1. stages forming part of the device of FIG. 1.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un dispositif 10 selon l'invention aui est implanté dans un First of all, reference is made to FIG. 1 which represents a device 10 according to the invention which is installed in a
véhicule animé par un moteur électrique M. Ce moteur électri- vehicle powered by an electric motor M. This electric motor
aue M est placé dans le compartiment moteur CM du véhicule, lequel est séparé de l'habitacle H par un tablier T. Le dispositif de l'invention comprend un radiateur de chauffage 12 situé du côté de l'habitacle H et comportant une première nappe 14 et une deuxième nappe 16 propres à être traversées, dans cet ordre, par un flux d'air F. Le flux d'air F qui est, soit de l'air prélevé à l'extérieur de l'habitacle, soit de l'air recirculé prélevé à l'intérieur de l'habitacle, soit encore un mélange des deux, est réchauffé par le radiateur de chauffage 12 et ensuite envoyé dans aue M is placed in the engine compartment CM of the vehicle, which is separated from the passenger compartment H by an apron T. The device of the invention comprises a heating radiator 12 situated on the side of the passenger compartment H and comprising a first layer 14 and a second ply 16 suitable for being traversed, in this order, by an air flow F. The air flow F which is either air taken from outside the passenger compartment, or from the recirculated air taken from inside the passenger compartment, or a mixture of the two, is heated by the heating radiator 12 and then sent to
l'habitacle H par des buses (non représentées). the passenger compartment H by nozzles (not shown).
Le radiateur de chauffage 12 est réalisé suivant une techni- The heating radiator 12 is produced according to a technique
que connue et comporte des tubes (non représentés) qui traversent des ailettes (non représentées). Comme on peut le voir sur la figure 2, les nappes 14 et 16 sont séparées l'une as known and comprises tubes (not shown) which pass through fins (not shown). As can be seen in Figure 2, the plies 14 and 16 are separated one
de l'autre par une fente 18.on the other by a slot 18.
La nappe 14 est reliée à un premier circuit 20 parcouru par un premier fluide caloporteur, dans l'exemple de l'eau additionnée d'un antigel, tel que du glycol. Le circuit 20 The sheet 14 is connected to a first circuit 20 traversed by a first heat transfer fluid, in the example of water added with an antifreeze, such as glycol. Circuit 20
est relié en série à un échangeur 22 servant au refroidisse- is connected in series to an exchanger 22 used for cooling
ment du circuit de puissance CP (encore appelé "électronique de puissance") du moteur électrique M. En effet, le circuit de puissance d'un moteur électrique de véhicule automobile dissipe une énergie thermique non négligeable. Le circuit 20 ment of the power circuit CP (also called "power electronics") of the electric motor M. In fact, the power circuit of an electric motor of a motor vehicle dissipates a considerable thermal energy. Circuit 20
permet de récupérer cette énergie thermique et de la véhicu- allows this thermal energy and the vehicle to be recovered
ler dans la première nappe 14.1st in the first layer 14.
Le premier circuit 20 comprend en outre un radiateur de refroidissement classique 24 qui sert au refroidissement du moteur M. Le radiateur 24 est relié en dérivation au circuit par des conduites 26 et 28, l'accès au radiateur 24 étant contrôlé par une vanne 30 du type trois voies. Cette vanne 30 peut prendre deux positions: une position dite "été" dans The first circuit 20 further comprises a conventional cooling radiator 24 which is used to cool the engine M. The radiator 24 is connected in bypass to the circuit by lines 26 and 28, access to the radiator 24 being controlled by a valve 30 of the three-way type. This valve 30 can take two positions: a so-called "summer" position in
laquelle le fluide circule dans le radiateur de refroidisse- which the fluid circulates in the cooling radiator
ment 24, sans traverser la nappe 14 du radiateur de chauffage 12, et une position dite "hiver" dans laquelle le fluide circule dans la nappe 14 du radiateur de chauffage 12, sans ment 24, without crossing the ply 14 of the heating radiator 12, and a so-called "winter" position in which the fluid circulates in the ply 14 of the heating radiator 12, without
traverser le radiateur de refroidissement 24. pass through the cooling radiator 24.
La deuxième nappe 16 du radiateur de chauffage 12 est reliée à un circuit 32 parcouru par un deuxième fluide caloporteur qui, dans l'exemple, est constitué également par de l'eau additionnée d'un antigel, tel que du glycol. Ce circuit 32 comporte en outre une capacité 34, c'est-à-dire une enceinte parcourue par le deuxième fluide caloporteur. A l'intérieur de la capacité 34 est immergée une résistance électrique 36 The second layer 16 of the heating radiator 12 is connected to a circuit 32 through which a second heat transfer fluid which, in the example, also consists of water with an antifreeze, such as glycol. This circuit 32 further comprises a capacity 34, that is to say an enclosure through which the second heat transfer fluid passes. Inside the capacity 34 is immersed an electrical resistance 36
couplée à une source électrique 38, c'est-à-dire aux batte- coupled to an electrical source 38, that is to say to the bat-
ries du véhicule, et susceptible d'être alimentée ou non en of the vehicle, and may or may not be supplied with
fonction de la position d'un interrupteur 40. function of the position of a switch 40.
La circulation des deux fluides caloporteurs dans les circuits 20 et 32 s'effectue au moyen d'une pompe 42 du type à deux étages. Cette pompe 42 comprend un premier étage (turbine 44) intégré dans le circuit 20 et un second étage (turbine 46) intégré dans le circuit 32 (figures 1 et 3). Les turbines 44 et 46 sont entraînées en synchronisme par un The circulation of the two heat transfer fluids in the circuits 20 and 32 takes place by means of a pump 42 of the two-stage type. This pump 42 comprises a first stage (turbine 44) integrated in the circuit 20 and a second stage (turbine 46) integrated in the circuit 32 (Figures 1 and 3). The turbines 44 and 46 are driven in synchronism by a
moteur électrique commun 48 (figure 3). common electric motor 48 (Figure 3).
Ainsi, la pompe 42 permet de faire circuler en même temps le premier et le second fluides caloporteurs respectivement dans Thus, the pump 42 makes it possible to circulate at the same time the first and the second heat transfer fluids respectively in
le premier circuit 20 et le second circuit 32. the first circuit 20 and the second circuit 32.
Le dispositif de l'invention fonctionne de la manière suivante. Dans la position dite "été", la vanne 30 fait circuler le premier fluide dans le radiateur de refroidissement 24, sans traverser la première nappe 14. Ainsi, l'énergie thermique dissipée par le circuit de puissance CP du moteur M est évacuée par le radiateur de refroidissement 24. En même The device of the invention operates in the following manner. In the so-called "summer" position, the valve 30 circulates the first fluid in the cooling radiator 24, without passing through the first layer 14. Thus, the thermal energy dissipated by the power circuit CP of the engine M is evacuated by the cooling radiator 24. At the same time
temps, l'interrupteur 40 est ouvert, si bien que la résis- time, the switch 40 is open, so that the resistance
tance électrique 36 n'est pas actionnée et que le second fluide n'est pas échauffé. Par conséquent, les deux nappes du radiateur de chauffage 12 sont traversées chacune par un Electric heater 36 is not actuated and the second fluid is not heated. Consequently, the two layers of the heating radiator 12 are each traversed by a
fluide froid, et le flux d'air F n'est pas réchauffé. cold fluid, and the air flow F is not heated.
Dans la position dite "hiver", la vanne 30 fait circuler le premier fluide dans la première nappe 14 du radiateur de chauffage 12. Si la puissance thermique générée par la première nappe 14 est suffisante, l'interrupteur 40 est placé en position ouverte, si bien que le deuxième fluide contenu dans la capacité 34 n'est pas échauffé. Par contre, si cette puissance thermique est insuffisante, l'interrupteur 40 est placé en position fermée, ce qui provoque un échauffement du deuxième fluide dans la capacité 34 et un apport d'énergie thermique dans la deuxième nappe 16 du radiateur de chauffage 12. Ainsi, le flux d'air F se trouve échauffé successivement par la première nappe 14 et la deuxième nappe 16. Comme on peut le voir sur la figure 1, en dehors du radiateur de chauffage 12 qui est situé du côté de l'habitacle H, tout le reste du dispositif 10, notamment les circuits 20 et 32, In the so-called "winter" position, the valve 30 circulates the first fluid in the first layer 14 of the heating radiator 12. If the thermal power generated by the first layer 14 is sufficient, the switch 40 is placed in the open position, so that the second fluid contained in the capacity 34 is not heated. On the other hand, if this thermal power is insufficient, the switch 40 is placed in the closed position, which causes the second fluid to heat up in the capacity 34 and a supply of thermal energy in the second layer 16 of the heating radiator 12. Thus, the air flow F is successively heated by the first ply 14 and the second ply 16. As can be seen in FIG. 1, apart from the heating radiator 12 which is located on the side of the passenger compartment H , all the rest of the device 10, in particular the circuits 20 and 32,
0 est placé A l'intérieur du compartiment moteur. 0 is placed inside the engine compartment.
Il en résulte qu'une seule nature de fluide (liquide addi- As a result, only one type of fluid (liquid addi-
tionné d'antigel) se trouve dans l'habitacle, c'est-à-dire antifreeze) is in the passenger compartment, i.e.
circule dans les nappes 14 et 16 du radiateur de chauffa- circulates in the layers 14 and 16 of the heating radiator
ge 12.age 12.
On ne trouve donc aucun circuit de haute tension dans There is therefore no high voltage circuit in
l'habitacle, ce aui contribue à la sécurité en cas d'acci- interior, this contributes to safety in the event of an accident.
dent. Par ailleurs, un seul moteur électrique est suffisant pour entraîner les deux étages de la pompe de circulation, ce qui tooth. Furthermore, a single electric motor is sufficient to drive the two stages of the circulation pump, which
minimise la consommation électrique. minimizes power consumption.
Un autre avantage de l'invention réside dans le fait aue le radiateur de chauffage est réalisé selon la technique bien Another advantage of the invention resides in the fact that the heating radiator is produced according to the technique well
connue des radiateurs à tubes traversant des ailettes. known from tube radiators passing through fins.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple et s'étend Of course, the invention is not limited to the embodiment described above by way of example and extends
à d'autres variantes.to other variants.
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