FR3004387A1

FR3004387A1 - Systeme de regulation thermique de l'habitacle d'un vehicule electrique

Info

Publication number: FR3004387A1
Application number: FR1353282A
Authority: FR
Inventors: Simon Xu; Robert Yu; Fahri Keretli; Rany Choufany
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2014-10-17
Anticipated expiration: 2033-04-11
Also published as: FR3004387B1

Abstract

L'invention concerne un système de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule automobile électrique ou hybride comportant une batterie de traction (1) pour l'alimentation électrique d'un moteur électrique dudit véhicule, ledit système comprenant un accumulateur thermique dans lequel sont aptes à être emmagasinées des calories dans un mode de charge de ladite batterie de traction (1), ledit accumulateur thermique étant apte à céder lesdites calories emmagasinées pour chauffer l'air dudit habitacle en mode de roulage dudit véhicule, ledit système étant caractérisé en ce que ledit accumulateur thermique est constitué par ladite batterie de traction (1) dudit véhicule.

Description

Système de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule électrique La présente invention concerne un système de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule automobile électrique et/ou hybride comportant une batterie de traction. Dans les véhicules électriques, les batteries de traction de type Lithium-ion (Li-ion) se sont aujourd'hui largement imposées pour le stockage de l'énergie électrique nécessaire à l'alimentation du moteur électrique. Toutefois, ces batteries présentent un rapport entre la quantité d'énergie stockée et la masse de la batterie qui est défavorable, de sorte que les véhicules automobiles électriques présentent aujourd'hui une autonomie relativement faible en comparaison avec celle des véhicules automobiles thermiques conventionnels. Ce déficit d'autonomie peut en outre être aggravé par la consommation électrique de la batterie de traction liée au fonctionnement des systèmes de conditionnement en température de l'air de l'habitacle (chauffage et climatisation). Ces systèmes de conditionnement permettant d'assurer le confort des passagers, utilisent en effet une quantité d'énergie importante, qui est prélevée dans les véhicules électriques sur la batterie de traction, en particulier pendant le roulage, au détriment de leur autonomie. A cet égard, il a pu être constaté que, dans un contexte d'utilisation du véhicule électrique en situation urbaine embouteillée, l'énergie consommée pour le conditionnement thermique de l'habitacle du véhicule peut être du même ordre de grandeur que celle consommée par la chaîne de traction du véhicule. Il est donc particulièrement souhaitable de parvenir à réduire la consommation électrique de la batterie de traction due au conditionnement thermique de l'habitacle du véhicule électrique, de manière à contribuer à augmenter l'autonomie du véhicule électrique. On connaît du document FR 2 948 898, un dispositif de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule automobile de type électrique ou hybride, incluant un accumulateur d'énergie thermique, capable de fonctionner soit en accumulateur de calories, soit en accumulateur de frigories, qui est préchauffé ou pré-refroidi, en utilisant l'énergie électrique d'un réseau électrique extérieur au véhicule, en même temps que ce dernier est connecté à une borne de recharge pour la charge de sa batterie. L'énergie thermique ainsi emmagasinée dans l'accumulateur d'énergie thermique lorsqu'il est branché sur un réseau électrique extérieur au véhicule en mode de charge de la batterie, peut alors être utilisée en particulier pour chauffer l'air de l'habitacle du véhicule électrique en mode de roulage du véhicule, évitant ainsi de prélever de l'énergie électrique à cet effet sur la batterie de traction du véhicule, en tous cas jusqu'à l'épuisement du stock d'énergie thermique de l'accumulateur. Cependant, cette solution, si elle permet d'épargner en partie à la batterie de traction du véhicule d'avoir à fournir l'énergie nécessaire au chauffage de l'air de l'habitacle, n'est pas pleinement satisfaisante, dans la mesure où elle nécessite d'embarquer dans le véhicule tous les moyens nécessaires à la mise en oeuvre de l'accumulateur, en particulier un réservoir spécifique pour le stockage de chaleur. Or, un tel réservoir présente une masse supplémentaire importante, qui n'est généralement pas souhaitable et cette masse supplémentaire sera en outre présente de façon permanente, y compris lorsqu'il n'est pas nécessaire de solliciter l'accumulateur d'énergie thermique, par exemple en été lorsque le chauffage n'est pas utile. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention, est de proposer un système de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule automobile électrique, qui permette de garantir le confort thermique des passagers en réduisant la consommation électrique de la batterie de traction afin de préserver l'autonomie du véhicule, tout en réduisant le poids du véhicule. Dans le but de résoudre ce problème, la présente invention propose un système de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule automobile électrique ou hybride comportant une batterie de traction pour l'alimentation électrique d'un moteur électrique dudit véhicule, ledit système comprenant un accumulateur thermique dans lequel sont aptes à être emmagasinées des calories dans un mode de charge de ladite batterie de traction, ledit accumulateur thermique étant apte à céder lesdites calories emmagasinées pour chauffer l'air de l'habitacle en mode de roulage dudit véhicule. Selon l'invention, ledit accumulateur thermique est constitué par ladite batterie de traction dudit véhicule. Grâce à cet agencement, c'est la batterie de traction elle-même qui sert d'organe de stockage de l'énergie thermique qui sera utilisée pour chauffer l'air de l'habitacle du véhicule lors du roulage de ce dernier. Ceci permet avantageusement d'éviter d'embarquer dans le véhicule un organe spécifiquement dédié à cette fonction de stockage de l'énergie thermique, comme pour les solutions de l'art antérieur. A titre d'exemple, une batterie Li- ion de 24 kWh possède une capacité de stockage thermique d'environ 70Wh/°K. Ainsi, en élevant la température de la batterie par exemple de 20°C à 40°C, il est possible de stocker 1,4 kWh d'énergie thermique dans la batterie, laquelle énergie thermique pourra avantageusement être utilisée selon l'invention pour chauffer l'air de l'habitacle dans un mode de roulage du véhicule sans impacter la consommation électrique de la batterie et donc sans nuire à l'autonomie du véhicule. Avantageusement, ladite batterie de traction est couplée à un circuit de climatisation réversible formant pompe à chaleur, par l'intermédiaire duquel lesdites calories sont aptes à être emmagasinées dans ladite batterie de traction et/ou cédées depuis ladite batterie de traction. Avantageusement, ladite batterie de traction est couplée à un circuit de conditionnement thermique de ladite batterie comprenant des éléments chauffants aptes à être alimentés par un réseau électrique extérieur audit véhicule dans un mode de charge de ladite batterie, et par l'intermédiaire duquel lesdites calories sont aptes à être emmagasinées dans ladite batterie de traction. Selon un mode de réalisation, ledit circuit de climatisation réversible formant pompe à chaleur comprend une première branche de circulation d'un fluide frigorigène comportant des premiers moyens d'échange thermique avec l'air extérieur au véhicule, une deuxième branche de circulation dudit fluide comportant des deuxième moyens d'échange thermique avec l'air de l'habitacle dudit véhicule et une troisième branche de circulation dudit fluide comportant des troisièmes moyens d'échange thermique avec ladite batterie de traction, et en ce qu'il comprend des moyens de connexion aptes à relier sélectivement ladite troisième branche de circulation dudit fluide à l'une desdites première et deuxième branches de circulation dudit fluide, pour former une première et une deuxième boucle de régulation thermique entre respectivement l'air extérieur et l'air dudit habitacle et ladite batterie de traction.

Avantageusement, ladite première boucle de régulation thermique est apte à prélever des calories à l'air extérieur par l'intermédiaire desdits premiers moyens d'échange thermique comprenant un premier condenseur-évaporateur fonctionnant en mode évaporateur et à céder lesdites calories à ladite batterie de traction par l'intermédiaire desdits troisièmes moyens d'échange thermique comprenant un troisième condenseur-évaporateur fonctionnant en mode condenseur. Avantageusement, ladite deuxième boucle de régulation thermique est apte à prélever des calories dans ladite batterie de traction par l'intermédiaire desdits troisièmes moyens d'échange thermique comprenant un troisième condenseur-évaporateur fonctionnant en mode évaporateur et à céder lesdites calories à l'air dudit habitacle par l'intermédiaire desdits deuxième moyens d'échange thermique comprenant un deuxième condenseur-évaporateur fonctionnant en mode condenseur.

Avantageusement, lesdits moyens de connexion sont aptes à isoler ladite troisième branche de circulation dudit fluide et à relier entre elles lesdites première et deuxième branches de circulation dudit fluide pour former une troisième boucle d'échange thermique entre l'air extérieur et l'air dudit habitacle.

De préférence, lesdits moyens de connexion comprennent une vanne multi-voies, apte à assurer la circulation dudit fluide entre deux desdites trois branches de circulation dudit fluide. Avantageusement, ladite batterie de traction est couplée audit circuit de climatisation réversible formant pompe à chaleur par l'intermédiaire d'un circuit 25 de transfert thermique comprenant un circuit de circulation d'un fluide caloporteur. De préférence, ledit circuit de transfert thermique comprend un circuit de circulation d'air apte à présenter une pluralité de configurations d'ouverture-fermeture sur l'air extérieur. 30 D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est un schéma illustrant un système de régulation thermique conforme à l'invention, selon un premier mode de fonctionnement utilisant le stockage thermique de la batterie de traction pour le chauffage de l'air de l'habitacle ; - la Figure 2 est un schéma illustrant un système de régulation thermique conforme à l'invention, selon un deuxième mode de fonctionnement assurant la recharge thermique de la batterie de traction ; - la Figure 3 est un schéma illustrant un système de régulation thermique conforme à l'invention, selon un troisième mode de fonctionnement assurant une climatisation de la batterie de traction ; - la Figure 4 est un schéma illustrant un système de régulation thermique conforme à l'invention, selon un quatrième mode de fonctionnement correspondant à un mode de climatisation de l'habitacle du véhicule ; - la Figure 5 est un schéma illustrant un système de régulation thermique 15 conforme à l'invention, selon un cinquième mode de fonctionnement correspondant à un mode pompe à chaleur pour le chauffage de l'habitacle du véhicule, sans utilisation du stockage thermique de la batterie de traction ; - la Figure 6 est un schéma illustrant plus en détail le couplage thermique avec la batterie de traction selon un premier mode de réalisation ; 20 - les Figures 7-9 sont des schémas illustrant le couplage thermique avec la batterie de traction selon un autre mode de réalisation et ses variantes. Comme illustré à la figure 1, un système de régulation thermique selon l'invention inclut la batterie de traction 1 du véhicule, prévue pour être utilisée en tant qu'organe de stockage d'énergie thermique pour le chauffage de l'air de 25 l'habitacle du véhicule en mode de roulage de celui-ci, à laquelle est associé un circuit de climatisation réversible 2 formant pompe à chaleur. Le circuit de climatisation réversible 2 comprend trois branches 21, 22 et 23 de circulation d'un fluide frigorigène, par exemple un dérivé fluoré et/ou chloré du méthane ou de l'éthane (fréon). Chaque branche de circulation de 30 fluide frigorigène 21, 22, 23 traverse un condenseur-évaporateur, respectivement 211, 221, 231, formant un échangeur thermique agencé pour assurer un échange thermique avec respectivement l'air extérieur, l'air de l'habitacle et la batterie de traction 1 du véhicule, comme il sera vu plus en détail par la suite. Chaque branche de circulation du fluide frigorigène comporte aussi un détendeur, respectivement 212, 222, 232, relié à une vanne 3-voies 213, 223, 233, elle-même reliée à une canalisation de by-pass 214, 224, 234, permettant au fluide circulant dans la branche de contourner le détendeur le cas échéant. Chacune des vannes 3-voies 213, 223, 233 est en outre reliée à une vanne multi-voies 24, permettant d'assurer la circulation du fluide frigorigène entre deux des trois branches 21, 22, 23, selon la position de la vanne multi-voies sélectionnée, de sorte que les deux branches ainsi reliées entre elles par l'intermédiaire de la vanne multi-voies 24 forment deux demi-boucles d'une boucle de régulation thermique parcourue par le fluide frigorigène, tandis que la troisième branche est isolée du circuit 2. Les deux branches de circulation de fluide frigorigène destinées à être reliées entre elles pour former une boucle de régulation thermique sont donc reliées, d'un côté, par la vanne multi-voies 24 et, de l'autre côté, par un compresseur 25, auquel elles sont connectées par un distributeur 26 munie d'une vanne d'inversion. En fonction de la position de la vanne d'inversion du distributeur 26, le fluide frigorigène comprimé peut parcourir la boucle de régulation thermique ainsi formée dans le sens horaire ou dans le sens antihoraire. Dit autrement, en fonction de la position de la vanne d'inversion du distributeur 26, le fluide comprimé peut être envoyé depuis le compresseur 25 vers l'un ou l'autre des deux échangeurs thermiques associés aux deux branches de circulation de fluide reliées entre elles. Ainsi agencé, le système de régulation thermique peut fonctionner selon différents modes et, en particulier, selon le mode de fonctionnement illustré à la figure 1 correspondant à un mode pompe à chaleur utilisant le stockage thermique de la batterie de traction 1 pour chauffer l'air de l'habitacle, notamment lorsque la température de la batterie de traction 1 est supérieure à celle de l'air extérieur et à un seuil bas de température correspondant à une limite inférieure de température autorisée pour le fonctionnement de la batterie. Pour ce faire, comme illustré à la figure 1, la vanne multi-voies 24 et le distributeur 26 sont positionnés de telle façon que la deuxième branche 22, assurant l'échange thermique avec l'air de l'habitacle et la troisième branche 23, assurant l'échange thermique avec la batterie de traction 1, sont reliées entre elles formant ainsi une boucle de régulation thermique pour la circulation du fluide frigorigène traversant d'une part, l'échangeur thermique 221 avec l'air de l'habitacle et, d'autre part, l'échangeur thermique 231 avec la batterie de traction 1. La première branche 21 de circulation du fluide, assurant l'échange thermique avec l'air extérieur, est quant à elle isolée du circuit 2 dans ce mode de fonctionnement.

Par ailleurs, les vannes 3-voies 223 et 233 sont positionnées de telle sorte que le détendeur 222 de la deuxième branche de circulation du fluide 22 est contourné par l'intermédiaire de la canalisation de by-pass 224, tandis que le détendeur 232 de la troisième branche de circulation du fluide 23 est ouvert, c'est-à-dire activé sur le trajet de circulation du fluide dans la troisième branche 23 de circulation du fluide. Selon ce mode de fonctionnement, le distributeur 26 est agencé de sorte à envoyer le fluide frigorigène comprimé depuis le compresseur 25 vers le condenseur-évaporateur 221 fonctionnant en mode condenseur, formant un échangeur thermique agencé au niveau du dispositif de chauffage, de ventilation et de climatisation de l'habitacle du véhicule. Le fluide frigorigène comprimé se condense alors en cédant une partie de la chaleur qu'il transporte dans le condenseur 221, laquelle chaleur est récupérée et utilisée pour chauffer l'air de l'habitacle par un transfert thermique approprié. Ce transfert thermique peut par exemple être mis en oeuvre sous la forme d'air soufflé dans l'habitacle à travers le condenseur 221, afin de récupérer la chaleur produite par la compression. Le condenseur-évaporateur 221 fonctionnant en mode condenseur fait donc ici office de source chaude pour l'air de l'habitacle que l'on cherche à chauffer. Le fluide continue son parcours et, après avoir cédé une partie de sa chaleur dans le condenseur 221, contourne le détendeur 222 par le canal de by-pass 224 et subit une baisse de pression dans le détendeur 232 dédié à la fonction de pompe à chaleur. Le fluide frigorigène est ensuite évaporé lorsqu'il traverse le condenseur-évaporateur 231 fonctionnant en mode évaporateur, permettant de récupérer des calories contenues dans la batterie de traction 1, via un échange thermique entre la batterie de traction 1 et l'évaporateur 231, tant que la température de la batterie de traction 1 est supérieure à la température de l'évaporateur 231. Enfin, le fluide retourne au compresseur 25 via le distributeur 26. Selon ce mode de fonctionnement, on capture donc des calories directement dans la batterie de traction 1, utilisée en tant que source de stockage de chaleur, pour les injecter dans l'air de l'habitacle via la pompe à chaleur constituée par le condenseur-évaporateur 221 fonctionnant en mode condenseur assurant l'échange thermique avec l'air de l'habitacle, le détendeur 232 et le condenseur-évaporateur 231 fonctionnant en mode évaporateur assurant l'échange thermique avec la batterie de traction. Ainsi, pour chauffer l'air de l'habitacle, il n'y a pas besoin de prévoir une source de stockage de chaleur, qui soit indépendante de la batterie de traction 1, contrairement aux solutions de l'art antérieur. Selon le mode de fonctionnement de la figure 1, le circuit 2 fonctionne donc en pompe à chaleur, amenant les calories de la batterie de traction 1 couplée à l'échangeur thermique 231 de la troisième branche à l'air de l'habitacle pulsé par un ventilateur couplé à l'échangeur thermique 221 de la deuxième branche. Ce mode de fonctionnement est appliqué lorsque le rendement de la pompe à chaleur (rapport entre l'énergie thermique fournie et l'énergie électrique consommée) est plus élevé en absorbant la chaleur de la batterie de traction 1 du véhicule plutôt que celle de l'air extérieur. Ceci est d'autant plus vrai que la température de la batterie de traction 1 est plus élevée que la température de l'air extérieur. A titre d'exemple, on peut citer les chiffres suivants pour le rendement d'une pompe à chaleur chauffant de l'air à 50°C, en fonction de la température de la source de chaleur : Température source : -20 °C 0 °C 20 °C Rendement 1.5 2 3 Ainsi, le stock d'énergie thermique de la batterie de traction à une température de 20°C permet une meilleure performance de la pompe à chaleur en termes de rendement qu'avec l'air extérieur à 0°C ou -20°C. Par ailleurs, la chaleur stockée par la batterie de traction 1 peut avoir plusieurs origines. En particulier, il peut s'agir de la chaleur produite par la batterie de traction 1 durant sa recharge électrique en raison de sa résistance interne, lorsque le véhicule est connecté à une borne de recharge. Il peut également s'agir de la chaleur produite par la batterie de traction 1, en mode de roulage du véhicule. Dans ces deux cas, la puissance thermique générée est proportionnelle au carré du courant entrant ou sortant de la batterie de traction 1. Ainsi, le système de régulation thermique selon l'invention permet de récupérer non seulement la chaleur stockée dans la batterie de traction pendant la connexion à la borne de recharge, mais aussi la chaleur générée par la batterie de traction pendant le fonctionnement du véhicule en mode de roulage. En outre, la chaleur stockée dans la batterie de traction 1, destinée à être utilisée par la pompe à chaleur associée à ladite batterie à des fins de chauffage de l'air de l'habitacle conformément à l'invention, peut également résulter de la mise en oeuvre d'une phase de recharge thermique de la batterie, lorsque le véhicule est connecté à la borne de recharge, selon le mode de fonctionnement décrit ci-après en référence à la figure 2.

Le mode de fonctionnement de la figure 2 correspond donc à un mode de recharge thermique de la batterie de traction, consistant à emmagasiner des calories dans la batterie de traction 1 et est appliqué lorsque le véhicule est connecté à la borne de recharge et que l'on prévoit l'utilisation de la chaleur ainsi emmagasinée dans la batterie de traction 1 sur le trajet à venir pour chauffer l'air de l'habitacle, conformément au mode de fonctionnement en mode pompe à chaleur décrit en référence à la figure 1. S'il est possible pour ce faire de puiser de la chaleur dans l'air extérieur, la recharge thermique de la batterie de traction 1 se fait par la pompe à chaleur associée à la batterie de traction 1, agencée comme suit, en référence à la figure 2. La vanne multi-voies 24 et le distributeur 26 sont dans ce mode de fonctionnement positionnés de telle façon que la première branche 21, assurant l'échange thermique avec l'air extérieur et la troisième branche 23, assurant l'échange thermique avec la batterie de traction 1, sont reliées entre elles formant ainsi une boucle de régulation thermique pour la circulation du fluide frigorigène traversant d'une part, l'échangeur thermique 211 avec l'air extérieur (par exemple situé sur la face avant du véhicule) et, d'autre part, l'échangeur thermique 231 avec la batterie de traction 1. La deuxième branche 22 de circulation du fluide, assurant l'échange thermique avec l'air de l'habitacle, est quant à elle isolée du circuit 2 dans ce mode de fonctionnement.

Par ailleurs, les vannes 3-voies 213 et 233 sont positionnées de telle sorte que le détendeur 212 de la première branche de circulation du fluide 21 est activé sur le trajet de circulation du fluide dans la première branche 23 de circulation du fluide, tandis que le détendeur 232 de la troisième branche de circulation du fluide 23 est contourné par l'intermédiaire de la canalisation de by-pass 234. Selon ce mode de fonctionnement de recharge thermique de la batterie de traction 1 par la pompe à chaleur, le distributeur 26 est agencé de sorte à envoyer le fluide frigorigène comprimé depuis le compresseur 25 vers le condenseur-évaporateur 231 fonctionnant en mode condenseur couplé à la batterie de traction 1. Le fluide frigorigène comprimé se condense alors en traversant le condenseur 231, en cédant une partie de la chaleur qu'il transporte, laquelle chaleur de condensation est récupérée et cédée à la batterie de traction 1 pour y être emmagasinée. Le condenseur-évaporateur 231 fonctionnant en mode condenseur fait donc ici office de source chaude pour la batterie que l'on cherche à recharger thermiquement. Après avoir cédé une partie de sa chaleur dans le condenseur 231, le fluide frigorigène subit une baisse de pression dans le détendeur 212 dédié à la fonction de pompe à chaleur, permettant de refroidir le fluide, et est ensuite évaporé lorsqu'il traverse le condenseur-évaporateur 211 fonctionnant en mode évaporateur, permettant d'absorber la chaleur de l'air extérieur, puis retourne au compresseur 25 via le distributeur 26. Selon ce mode de fonctionnement, on capture des calories dans l'air extérieur, pour les céder à la batterie de traction 1 via la pompe à chaleur constituée par le condenseur-évaporateur 231 fonctionnant en mode condenseur, le détendeur 212 et le condenseur-évaporateur 211 fonctionnant en mode évaporateur. Selon une variante de ce mode de fonctionnement, on partage la chaleur ainsi produite par la pompe à chaleur, afin de préchauffer simultanément la batterie de traction 1 et l'air de l'habitacle du véhicule. Ainsi, la vanne multivoies 24 et le distributeur 26 sont agencés de telle sorte que la deuxième branche 22, qui assure l'échange thermique avec l'air de l'habitacle via le condenseur-évaporateur 221, ne soit plus isolée du reste du circuit 2, mais soit connectée au circuit 2 en parallèle de la troisième branche 23, le condenseur- évaporateur des deuxième et troisième branches 22, 23 fonctionnant alors tous deux en mode condenseur et font donc office de source chaude pour chauffer respectivement l'air de l'habitacle et la batterie de traction 1.

En variante encore, si l'on ne souhaite pas puiser des calories dans l'air extérieur et ainsi refroidir l'air extérieur pendant la recharge, par exemple lorsque la batterie est rechargée à l'intérieur d'un local fermé à maintenir au chaud, la recharge thermique de la batterie peut se faire, non pas par la pompe à chaleur, mais par un circuit dédié de conditionnement thermique de la batterie comprenant des éléments chauffants aptes à être alimentés par un réseau électrique extérieur au véhicule par l'intermédiaire de la borne de charge auquel le véhicule est relié. Le système de régulation thermique selon l'invention peut encore fonctionner selon un autre mode de fonctionnement, illustré à la figure 3, et correspondant à un mode de climatisation de la batterie de traction, en cas d'un besoin de refroidissement important de celle-ci. Notamment, lorsque la batterie de traction encourt un risque de surchauffe, en particulier sur un trajet consommateur et dans une ambiance chaude, ou encore dans un mode de charge rapide, le système de régulation thermique selon l'invention peut être adapté pour répondre au besoin de refroidissement important de la batterie de traction du véhicule. Dans ce cas, le circuit 2 est adapté pour fonctionner en mode de climatisation de la batterie. Aussi, les différences d'agencement par rapport au mode de fonctionnement de recharge thermique de la batterie par pompe à chaleur comme illustré à la figure 2, sont les suivantes. Les deux vannes 3-voies 213 et 233 sont cette fois positionnées de telle sorte que le détendeur 212 de la première branche de circulation du fluide 21 est contourné par l'intermédiaire de la canalisation de by-pass 214, tandis que le détendeur 232 de la troisième branche de circulation du fluide 23 est activé sur le trajet de circulation du fluide dans la troisième branche 23 de circulation du fluide. En outre, le condenseur-évaporateur 211 de la première branche 21 assurant le transfert thermique avec l'air extérieur, fonctionne cette fois ci en mode condenseur tandis que le condenseur-évaporateur 231 de la troisième branche 31 assurant le transfert thermique avec la batterie, fonctionne en mode évaporateur. Ainsi, selon ce mode de fonctionnement de climatisation de la batterie de traction 1, le distributeur 26 est agencé de sorte à envoyer le fluide frigorigène comprimé depuis le compresseur 25 vers le condenseur-évaporateur 211 fonctionnant en mode condenseur. Le fluide frigorigène comprimé se condense alors en traversant le condenseur 211, en cédant une partie de la chaleur qu'il transporte à l'air extérieur. Après avoir cédé une partie de sa chaleur dans le condenseur 231, le fluide frigorigène subit une baisse de pression dans le détendeur 232 et est ensuite évaporé lorsqu'il traverse le condenseur-évaporateur 231 fonctionnant en mode évaporateur, permettant d'extraire de la chaleur de la batterie pour la refroidir, puis retourne au compresseur 25 via le distributeur 26. A noter que le système de régulation thermique selon l'invention peut encore fonctionner selon un autre mode de fonctionnement correspondant à un mode de climatisation de l'habitacle, illustré en référence à la figure 4. Dans ce mode de fonctionnement, la vanne multi-voies 24 et le distributeur 26 sont positionnés de telle façon que la première branche 21, assurant l'échange thermique avec l'air extérieur et la deuxième branche 22, assurant l'échange thermique avec l'air de l'habitacle, sont reliées entre elles pour former une boucle de régulation thermique pour la climatisation de l'habitacle, tandis que la troisième branche 23 de circulation du fluide, qui assure l'échange thermique avec la batterie de traction 1 est isolée du circuit 2, de sorte qu'il n'y a, dans ce mode de fonctionnement, aucun échange thermique avec la batterie de traction 1. Les première et deuxième branches de circulation de fluide fonctionnent alors comme un circuit de climatisation réversible classique en mode de climatisation. Ainsi, les deux vannes 3-voies 213 et 223 sont positionnées de telle sorte que le détendeur 212 de la première branche 21 de circulation du fluide est contourné par l'intermédiaire de la canalisation de by-pass 214, tandis que le détendeur 222 de la deuxième branche 22 de circulation du fluide est activé sur le trajet de circulation du fluide dans la deuxième branche 22 de circulation du fluide. Le distributeur 26 est quant à lui positionné de sorte à envoyer le fluide frigorigène comprimé vers le condenseur-évaporateur 211 fonctionnant en mode condenseur. Le fluide traversant le condenseur 211 est ainsi condensé en cédant de la chaleur de condensation à l'air extérieur, puis il subit une baisse de pression dans le détendeur 222 dédié à la fonction climatisation. Le fluide est enfin évaporé en traversant le condenseur-évaporateur 221 fonctionnant en mode évaporateur, avant de retourner au compresseur 25 via le distributeur 26. Une partie du froid produit par l'évaporation peut être récupérée pour refroidir l'air de l'habitacle. Cet échange thermique peut par exemple être mis en oeuvre sous la forme d'air soufflé dans l'habitacle à travers l'évaporateur 221. Enfin, en référence à la figure 5, le système de régulation thermique selon l'invention peut encore fonctionner selon un autre mode de fonctionnement correspondant à un mode de fonctionnement en pompe à chaleur pour le chauffage de l'habitacle, sans utilisation du stockage thermique de la batterie. De la même manière que pour le mode de fonctionnement de climatisation de l'habitacle, qui vient d'être décrit, la vanne multi-voies 24 et le distributeur 26 sont positionnés de telle façon que la troisième branche 23 de circulation du fluide frigorigène, qui assure l'échange thermique avec la batterie de traction 1 est toujours isolée du circuit 2, de sorte qu'il n'y a pas d'échange thermique avec la batterie. Les première et deuxième branches de circulation de fluide 21 et 22 reliées entre elles fonctionnent alors comme un circuit de climatisation réversible classique en mode pompe à chaleur. Ainsi, dans ce mode de fonctionnement, les vannes 211 et 212 sont en position inverse par rapport au mode précédent de climatisation de l'habitacle, de telle sorte que le détendeur 212 est contourné et le détendeur 211 est ouvert. Le distributeur 26 est également en position inverse et envoie le fluide frigorigène comprimé vers le condenseur-évaporateur 221 fonctionnant en mode condenseur, puis il subit une baisse de pression dans le détendeur 212 dédié à la fonction pompe à chaleur. Le fluide est enfin évaporé dans le condenseur-évaporateur 211 en mode évaporateur, avant de retourner au compresseur 25 via le distributeur 26. L'habitacle est ainsi chauffé par de l'air soufflé à travers le condenseur 221 afin de récupérer la chaleur générée par la compression cédée lorsque le fluide traverse le condenseur 221. L'évaporateur 211 récupère les calories contenues dans l'air extérieur tant que la température extérieure est supérieure à la température de l'évaporateur. Ce dernier mode de fonctionnement est préférentiellement appliqué lorsqu'il n'est pas possible ou intéressant de puiser de la chaleur dans la batterie de traction, notamment si la température de la batterie ne dépasse pas celle de l'air extérieur ou le seuil bas de température correspondant à la limite inférieure de température autorisée pour le fonctionnement de la batterie.

La figure 6 illustre plus en détail un mode de réalisation d'un circuit de transfert thermique 11 associé à l'échangeur thermique 231 de la troisième branche 23 de circulation de fluide frigorigène, permettant de coupler l'échangeur thermique 231 à la batterie de traction 1 pour assurer l'échange thermique avec la batterie de traction 1 dans un sens ou dans l'autre, c'est-dire pour transférer des calories de l'échangeur thermique 231 vers la batterie de traction 1 ou de la batterie de traction 1 vers l'échangeur thermique 231. Le circuit de transfert thermique 11 entre l'échangeur thermique 231 et la batterie de traction 1 comprend un circuit 110 de circulation d'un fluide caloporteur, par exemple de l'eau glycolée, agencé pour passer au sein de la batterie de traction 1 et pourvu d'une pompe 111, apte à envoyer le fluide caloporteur circulant dans le circuit 110 vers le condenseur-évaporateur 231 de la troisième branche 23 de circulation du fluide frigorigène. Après avoir traversé le condenseur-évaporateur 231, le circuit 110 ramène le liquide caloporteur vers la pompe 111. Selon ce mode de réalisation, le circuit de transfert thermique 11 est toujours fermé, quel que soit le mode de fonctionnement du système de régulation thermique. Selon un autre mode de réalisation, le circuit de transfert thermique 11 entre l'échangeur thermique 231 et la batterie de traction 1 peut être mis en oeuvre sous la forme d'un circuit 112 de circulation d'air, comme illustré aux figures 7-9, au sein duquel l'échangeur thermique 231 de la troisième branche 23 du circuit 2 de climatisation réversible est agencé. Le circuit 112 de circulation d'air est agencé de sorte à permettre un flux d'air (symbolisé par les flèches sur les figures 7-9) au travers des éléments de la batterie de traction 1 et au travers de l'échangeur thermique 231. Le circuit 112 de circulation d'air comporte pour ce faire un moto-ventilateur 113 agencé dans le circuit 112 pour entraîner le flux d'air et, en amont et en aval respectivement de l'échangeur thermique 231 et de la batterie de traction 1 relativement au flux d'air, une entrée d'air 114, respectivement 115, et une sortie d'air 116, respectivement 117, connectées à l'air extérieur et étant aptes à être ouvertes ou fermées par l'intermédiaire d'un volet mobile 118 à deux positions. Ainsi, il peut y avoir plusieurs configurations d'ouverture-fermeture du circuit 112 de circulation d'air sur l'air extérieur.

La configuration illustrée à la figure 7 correspond à une configuration fermée du circuit de circulation d'air par rapport à l'air extérieur, dans laquelle tous les volets mobiles 118 sont donc placés en position de fermeture. Cette configuration est préférentiellement appliquée dans le mode de fonctionnement du système de régulation thermique en mode pompe à chaleur utilisant le stockage thermique de la batterie (figure 1), lorsque la température de l'air dans le circuit de circulation d'air en sortie de l'échangeur thermique 231 est supérieure à la température de l'air extérieur. Elle est également préférentiellement appliquée dans le mode de fonctionnement du système de régulation thermique correspondant au mode de recharge thermique de la batterie (figure 2), lorsque la température de l'air dans le circuit de circulation d'air en sortie de la batterie 1 est supérieure à la température de l'air extérieur. Elle est enfin préférentiellement appliquée dans le mode de fonctionnement du système de régulation thermique correspondant au mode de climatisation de la batterie 1 (figure 3), lorsque la température de l'air dans le circuit de circulation d'air en sortie de la batterie 1 est inférieure à la température de l'air extérieur. La configuration illustrée à la figure 8 correspond à une configuration dans laquelle le volet 118 de l'entrée d'air 114 en amont de l'échangeur thermique 231 est placé en position ouverte, ouvrant ainsi l'entrée d'air 114 de l'échangeur thermique 231 vers l'air extérieur, et où le volet 118 de la sortie d'air 117 en aval de la batterie 1 est placé en position ouverte, ouvrant ainsi la sortie d'air 117 de la batterie 1 vers l'air extérieur. Dans cette configuration, les volets 118 de la sortie d'air 116 en aval de l'échangeur thermique 231 et de l'entrée d'air 115 en amont de la batterie 1 sont maintenus en position fermée.

Cette configuration est préférentiellement appliquée dans le mode de fonctionnement du système de régulation thermique correspondant au mode de recharge thermique de la batterie (figure 2), lorsque la température de l'air dans le circuit de circulation d'air en sortie de la batterie 1 est inférieure à la température de l'air extérieur. Elle est également préférentiellement appliquée dans le mode de fonctionnement du système de régulation thermique correspondant au mode de climatisation de la batterie 1 (figure 3), lorsque la température de l'air dans le circuit de circulation d'air en sortie de la batterie 1 est supérieure à la température de l'air extérieur.

La configuration illustrée à la figure 9 correspond à une configuration dans laquelle le volet 118 de l'entrée d'air 115 en amont de la batterie 1 est placé en position ouverte, ouvrant ainsi l'entrée d'air 115 de la batterie 1 vers l'air extérieur, et où le volet 118 de la sortie d'air 116 en aval de l'échangeur thermique 231 est placé en position ouverte, ouvrant ainsi la sortie d'air 116 de l'échangeur thermique 231 vers l'air extérieur. Dans cette configuration, les volets 118 de l'entrée d'air 114 en amont de l'échangeur thermique 231 et de la sortie d'air 117 en aval de la batterie 1 sont maintenus en position fermée. Cette configuration est préférentiellement appliquée dans le mode de fonctionnement du système de régulation thermique en mode pompe à chaleur utilisant le stockage thermique de la batterie (figure 1), lorsque la température de l'air dans le circuit de circulation d'air en sortie de l'échangeur thermique 231 est inférieure à la température de l'air extérieur. En résumé, dans le mode pompe à chaleur utilisant le stockage thermique de la batterie (figure 1), on applique la configuration d'ouverture-fermeture du circuit 112 sur l'air extérieur selon la variante de la figure 7 ou 9, selon que la température de l'air dans le circuit de circulation d'air en sortie de l'échangeur thermique 231 est supérieure ou inférieure à la température de l'air extérieur. Dans le mode de fonctionnement du système de régulation thermique correspondant au mode de recharge thermique de la batterie (figure 2), on applique la configuration d'ouverture-fermeture du circuit 112 sur l'air extérieur selon la variante de la figure 7 ou 8, selon que la température de l'air dans le circuit de circulation d'air en sortie de la batterie 1 est supérieure ou inférieure à la température de l'air extérieur. Enfin, dans le mode de fonctionnement du système de régulation thermique correspondant au mode de climatisation de la batterie 1 (figure 3), on applique la configuration d'ouverture-fermeture du circuit 112 sur l'air extérieur selon la variante de la figure 7 ou 8, selon que la température de l'air dans le circuit de circulation d'air en sortie de la batterie 1 est inférieure ou supérieure à la température de l'air extérieur.30

Claims

REVENDICATIONS1. Système de régulation thermique de l'habitacle d'un véhicule automobile électrique ou hybride comportant une batterie de traction (1) pour l'alimentation électrique d'un moteur électrique dudit véhicule, ledit système comprenant un accumulateur thermique dans lequel sont aptes à être emmagasinées des calories dans un mode de charge de ladite batterie de traction (1), ledit accumulateur thermique étant apte à céder lesdites calories emmagasinées pour chauffer l'air dudit habitacle en mode de roulage dudit véhicule, ledit système étant caractérisé en ce que ledit accumulateur thermique est constitué par ladite batterie de traction (1) dudit véhicule.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite batterie de traction (1) est couplée à un circuit de climatisation réversible (2) formant pompe à chaleur, par l'intermédiaire duquel lesdites calories sont aptes à être emmagasinées dans ladite batterie de traction (1) et/ou cédées depuis ladite batterie de traction (1).
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite batterie de traction (1) est couplée à un circuit de conditionnement thermique de ladite batterie comprenant des éléments chauffants aptes à être alimentés par un réseau électrique extérieur audit véhicule dans un mode de charge de ladite batterie, et par l'intermédiaire duquel lesdites calories sont aptes à être emmagasinées dans ladite batterie de traction (1).
4. Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit circuit de climatisation réversible (2) formant pompe à chaleur comprend une première branche (21) de circulation d'un fluide frigorigène comportant des premiers moyens d'échange thermique (211) avec l'air extérieur au véhicule, une deuxième branche (22) de circulation dudit fluide comportant des deuxième moyens d'échange thermique (221) avec l'air de l'habitacle dudit véhicule et une troisième branche (23) de circulation dudit fluide comportant des troisièmes moyens d'échange thermique (231) avec ladite batterie de traction (1), et en ce qu'il comprend des moyens de connexion (24) aptes à relier sélectivement ladite troisième branche (23) de circulation dudit fluide àl'une desdites première (21) et deuxième (22) branches de circulation dudit fluide, pour former une première et une deuxième boucle de régulation thermique entre respectivement l'air extérieur et l'air dudit habitacle et ladite batterie de traction (1).
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite première boucle de régulation thermique est apte à prélever des calories à l'air extérieur par l'intermédiaire desdits premiers moyens d'échange thermique (211) comprenant un premier condenseur-évaporateur fonctionnant en mode évaporateur et à céder lesdites calories à ladite batterie de traction (1) par l'intermédiaire desdits troisièmes moyens d'échange thermique (231) comprenant un troisième condenseur-évaporateur fonctionnant en mode condenseur.
6. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite deuxième boucle de régulation thermique est apte à prélever des calories dans ladite batterie de traction (1) par l'intermédiaire desdits troisièmes moyens d'échange thermique (231) comprenant un troisième condenseur-évaporateur fonctionnant en mode évaporateur et à céder lesdites calories à l'air dudit habitacle par l'intermédiaire desdits deuxième moyens d'échange thermique (221) comprenant un deuxième condenseur-évaporateur fonctionnant en mode condenseur.
7. Système selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de connexion (24) sont aptes à isoler ladite troisième branche (23) de circulation dudit fluide et à relier entre elles lesdites première (21) et deuxième (22) branches de circulation dudit fluide pour former une troisième boucle d'échange thermique entre l'air extérieur et l'air dudit habitacle.
8. Système selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de connexion (24) comprennent une vanne multi-voies, apte à assurer la circulation dudit fluide entre deux desdites trois branches de circulation dudit fluide.
9. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que ladite batterie de traction (1) est couplée audit circuit de climatisation réversible (2) formant pompe à chaleur par l'intermédiaire d'un circuit de transfert thermique (11) comprenant un circuit (110, 111) de circulation d'un fluide caloporteur.
10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit circuit de transfert thermique (11) comprend un circuit de circulation d'air (111) apte à présenter une pluralité de configurations d'ouverture-fermeture sur l'air extérieur.