FR3076605A1 - Systeme de traitement thermique pour vehicule electrique ou hybride - Google Patents

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Abstract

Un système de traitement thermique (100) pour véhicule (10) comporte au moins un premier échangeur de chaleur (11) et un deuxième échangeur de chaleur (12), avec le deuxième échangeur de chaleur qui est agencé sensiblement perpendiculairement au premier échangeur de chaleur, le premier et le deuxième échangeur de chaleur étant agencés pour être successivement traversés par un même flux d'air (FA, FA1, FAv).

Description

SYSTEME DE TRAITEMENT THERMIQUE POUR VEHICULE ELECTRIQUE OU HYBRIDE
Le domaine de la présente invention est celui des systèmes de traitement thermique pour véhicule, notamment pour véhicule automobile, et plus particulièrement, la présente invention se rapporte aux systèmes de traitement thermique permettant une régulation thermique d’un dispositif de stockage électrique destiné aux véhicules automobiles électriques ou hybrides.
Le réchauffement climatique ainsi que le tarissement des sources d’énergies fossiles poussent aujourd’hui les constructeurs automobiles à investir dans le développement de véhicules moins polluants et moins consommateurs de carburants traditionnels. Ainsi, ces dernières années ont vu émerger de nouveaux véhicules fonctionnant, au moins partiellement, grâce à l’énergie électrique.
Ces véhicules, qu’ils soient totalement électriques ou bien hybrides, c’est-à-dire combinant l’utilisation d’un moteur thermique et d’un moteur électrique, nécessitent donc un approvisionnement en énergie électrique conséquent et sont équipés de dispositifs de stockage électrique, comportant par exemple un ou plusieurs modules de batteries. Des modules de batteries, c’est-à-dire une pluralité de cellules électriques connectées entre elles, sont ainsi agencés sous les châssis de ces véhicules. Ces modules de batteries supportent mal de fonctionner en dehors d’une plage de températures déterminées. Notamment, afin d’optimiser le fonctionnement et la durée de vie de ces dernières, il convient de les maintenir à une température inférieure à 40°C.
Il est par exemple connu d’utiliser le circuit de fluide réfrigérant, par ailleurs utilisé pour chauffer ou refroidir différentes zones ou différents composants du véhicule et pour traiter thermiquement un flux d’air envoyé dans l’habitacle du véhicule équipé d’un tel circuit, pour refroidir le dispositif de stockage électrique. Le circuit de fluide réfrigérant fournit ainsi l’énergie capable de refroidir le dispositif de stockage électrique pendant son utilisation en ph ases de roulage. Le circuit de fluide réfrigérant est ainsi dimensionné pour refroidir ce dispositif de stockage électrique pour des températures qui restent modérées. A titre d’exemple, le circuit de fluide réfrigérant peut être suffisant pour refroidir les batteries lors d’une ph ase de charge classique du dispositif de stockage électrique du véhicule, à savoir une ph ase de charge réalisée en raccordant le véhicule pendant plusieurs heures au réseau électrique domestique. Cette technique de charge permet de maintenir la température du dispositif de stockage électrique en dessous d’un certain seuil, ce qui permet de se passer de tout système de refroidissement du dispositif de stockage électrique.
Une nouvelle technique de charge a fait son apparition récemment. Elle consiste à charger le dispositif de stockage électrique sous une tension et un ampérage élevés, de manière à charger le dispositif de stockage électrique en un temps maximum de vingt minutes. Cette charge rapide implique un échauffement du dispositif de stockage électrique qu’il convient de traiter. Par ailleurs, il faut considérer la possibilité que les occupants du véhicule restent à l’intérieur du véhicule tout ou partie du temps de charge mentionné ci-dessus. Il faut alors également traiter thermiquement l’habitacle pendant cette charge rapide pour maintenir des conditions de confort acceptables par les occupants, notamment quand la température extérieure au véhicule dépasse 35°C. Ces deux demandes en refroidissement impliquent un dimensionnement du système qui le rend peu compatible avec les contraintes des véhicules automobiles actuels.
Le problème technique réside donc dans la capacité d’une part à dissiper les calories générées par le dispositif de stockage électrique pendant la charge rapide, et d’autre part à refroidir l’habitacle, tant en limitant la consommation et/ou l’encombrement d’un système capable de remplir simultanément ces deux fonctions.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et propose un système de traitement thermique pour véhicule comportant au moins un premier échangeur de chaleur et un deuxième échangeur de chaleur, caractérisé en ce que le deuxième échangeur de chaleur est agencé sensiblement perpendiculairement au premier échangeur de chaleur, le premier et le deuxième échangeur de chaleur étant agencés pour être successivement traversés par un même flux d’air.
On comprend donc que la présente invention permet avantageusement d’augmenter les capacités thermiques du système de traitement thermique, par une augmentation de la surface d’échange de chaleur et avec une disposition particulière des échangeurs de chaleur les uns par rapport aux autres. Il est notable que selon l’invention, cette augmentation de la surface d’échange de chaleur résulte d’une part d’une volonté de disposer les deux échangeurs de chaleur dans un agencement différent des agencements connus, dans lesquels les échangeurs de chaleur sont agencés longitudinalement en série les uns derrière les autres avec chaque échangeur de chaleur qui s’étend dans un plan parallèle de celui dans lequel s’étend l’échangeur de chaleur voisin, et d’autre part d’une volonté d’adapter l’encombrement du système de traitement thermique à la place disponible dans le véhicule et au trajet de l’air frais amené à pénétrer dans le véhicule. Il convient de comprendre ici que la direction longitudinale peut être confondue avec un axe le long duquel se déplace le véhicule sur lequel est destiné à être monté le système de traitement thermique selon la présente invention.
Selon l’invention, les échangeurs de chaleur sont agencés perpendiculairement l’un par rapport à l’autre au moins dans une position de fonctionnement du système de traitement thermique. Des moyens de déviation du flux d’air sont mis en œuvre dans ce dispositif de traitement thermique pour guider l’air vers ce deuxième échangeur de chaleur qui peut être agencé dans une zone moins encombrée du compartiment avant.
Notamment, le premier échangeur de chaleur peut s’étendre verticalement, c’est-à-dire sensiblement perpendiculairement à la direction d’avancement du véhicule, et le deuxième échangeur de chaleur peut alors s’étendre horizontalement, sensiblement parallèlement à la route sur laquelle repose le véhicule.
Il convient de noter que dans cet agencement, le deuxième échangeur de chaleur s’étend à distance du premier échangeur de chaleur ce qui peut permettre de laisser l’air se refroidir entre les deux échangeurs de chaleur et améliorer ainsi les performances thermiques au niveau du deuxième échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, au moins le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur sont agencés sur un même circuit de fluide réfrigérant du système de traitement thermique.
Selon une caractéristique de l’invention, le système de traitement thermique comprend un ensemble de refroidissement d'un dispositif de stockage électrique configuré pour fournir une énergie apte à mettre en mouvement le véhicule et le circuit de fluide réfrigérant sur lequel sont agencés au moins les premier et deuxième échangeurs de chaleur, un autre échangeur de chaleur étant commun à l’ensemble de refroidissement et au circuit de fluide réfrigérant.
Le système de traitement thermique selon l’invention peut comporter un module de commande configuré d’une part pour détecter une phase de rechargement rapide d’un dispositif de stockage électrique du véhicule et pour détecter une phase de traitement thermique de l’habitacle du véhicule et d’autre part pour activer le groupe moto-ventilateur associé au deuxième échangeur de chaleur lorsqu’une phase de rechargement rapide et une ph ase de traitement thermique sont détectées simultanément. L’augmentation de la surface d’échange de chaleur peut alors consister en une augmentation temporaire, ciblée dans le temps. En effet, augmenter les capacités thermiques de ce système de traitement thermique implique une hausse de la consommation électrique du véhicule, d’une part par la mise en fonctionnement d’au moins un groupe moto-ventilateur supplémentaire et d’autre part par l’augmentation nécessaire du régime de fonctionnement de composants associés au circuit de fluide réfrigérant, tel qu’un compresseur par exemple. En d’autres termes, le système de traitement thermique selon cette caractéristique de l’invention est capable d’augmenter ses capacités thermiques afin de répondre à un besoin ponctuel, lorsqu’une opération de rechargement rapide du dispositif de stockage électrique est détectée, cette augmentation étant temporaire de manière à ne pas augmenter la consommation du véhicule lorsque celui-ci fonctionne dans un mode standard, dans lequel le système de traitement thermique n’est mis en œuvre que pour le traitement thermique de l’habitacle du véhicule.
Selon une première série de caractéristiques, prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que : - les échangeurs de chaleur ont une position fixe l’un par rapport à l’autre. - au moins un groupe moto-ventilateur est associé à chaque échangeur de chaleur, un premier groupe moto-ventilateur étant agencé en aval du premier échangeur de chaleur par rapport au sens de circulation du flux d’air et un deuxième groupe moto-ventilateur étant agencé en amont du deuxième échangeur de chaleur par rapport au sens de circulation du flux d’air.
Selon une autre série de caractéristiques, on pourra prévoir que : - le deuxième échangeur de chaleur est mobile par rapport au premier échangeur de chaleur, entre une première position dans laquelle les deux échangeurs de chaleur sont sensiblement perpendiculaires et une deuxième position dans laquelle les deux échangeurs de chaleur sont sensiblement parallèles l’un à l’autre. - le premier échangeur de chaleur est fixe par rapport à la structure du véhicule, le deuxième échangeur de chaleur étant configuré pour pivoter par rapport au premier échangeur de chaleur. - au moins un groupe moto-ventilateur est associé à chaque échangeur de chaleur, un premier groupe moto-ventilateur étant agencé en aval du premier échangeur de chaleur par rapport au sens de circulation du flux d’air et un deuxième groupe moto-ventilateur étant agencé en amont du deuxième échangeur de chaleur par rapport au sens de circulation du flux d’air, et le deuxième groupe moto-ventilateur est configuré pour pouvoir tourner dans un sens dans la première position du deuxième échangeur de chaleur et dans un autre sens dans la deuxième position du deuxième échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, le deuxième échangeur de chaleur est agencé sous un coffre de rangement ménagé dans le compartiment avant du véhicule, le flux d’air étant susceptible d’être dévié par ce coffre de rangement en direction du deuxième échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique de l’invention, le premier échangeur de chaleur et/ou le deuxième échangeur de chaleur peuvent être des condenseurs. Alternativement, le premier échangeur de chaleur et/ou le deuxième échangeur de chaleur peuvent être des radiateurs.
Le système de traitement thermique, selon l’un quelconque des exemples de réalisation précédemment décrit, peut être équipé d’au moins un compresseur et un détendeur, configurés pour traiter le fluide réfrigérant circulant dans le circuit et amené à traverser chacun des échangeurs de chaleur. L’invention concerne encore un véhicule électrique ou hybride comprenant au moins un système de traitement thermique tel que précédemment décrit. L’invention concerne enfin un procédé de commande d’un système de traitement thermique comprenant au moins un premier échangeur de chaleur et un deuxième échangeur de chaleur configurés pour prendre au moins dans certaines phases de fonctionnement une position perpendiculaire l’un par rapport à l’autre, ledit procédé comprenant une étape de détection d’une phase de rechargement rapide d’un dispositif de stockage électrique d’un véhicule équipé dudit système de traitement thermique, une étape de détection d’une utilisation d’un dispositif de traitement thermique de l’habitacle de ce véhicule et une étape au cours de laquelle la position du deuxième échangeur de chaleur par rapport au premier échangeur de chaleur est modifiée lorsqu’une phase de rechargement rapide et une phase de traitement thermique sont détectées simultanément. D’autres détails, caractéristiques et avantages ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec les différents exemples de réalisation illustrés sur les figures suivantes : la figure 1 est une vue d’ensemble schématique d’une face avant d’un véhicule automobile comprenant un système de traitement thermique selon un premier mode de réalisation de l’invention, dans lequel deux échangeurs de chaleur sont disposés perpendiculairement l’un à l’autre, dans des positions fixes par rapport à la structure du véhicule ; les figures 2 et 3 sont des représentations schématiques du système de traitement thermique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, dans lequel deux échangeurs de chaleur sont mobiles l’un par rapport à l’autre, entre une première position visible sur la figure 2 et similaire à celle illustrée sur la figure 1 avec deux échangeurs de chaleur perpendiculaires entre eux, et une deuxième position visible sur la figure 3 avec deux échangeur de chaleur agencés sensiblement parallèlement ; la figure 4 est une vue schématique, sous forme de synoptique, du fonctionnement d’un module de commande du système de traitement thermique selon la présente invention ; et la figure 5 est une représentation schématique d’un système de traitement thermique selon l’invention illustrant l’agencement des échangeurs de chaleur sur un circuit de fluide réfrigérant associé à une boucle de refroidissement d’un dispositif de stockage électrique du véhicule.
Dans la description qui va suivre, les dénominations « longitudinale », « verticale », et « transversale » se référent à une orientation d’un système de traitement thermique 100 lorsqu’il est intégré à un véhicule automobile 10, tel que par exemple illustré sur la figure 2. Ainsi, la dénomination « longitudinale » correspond à une direction le long de laquelle se déplace le véhicule, la dénomination « verticale » doit s’entendre comme une direction perpendiculaire à la route sur laquelle circule le véhicule et le long de laquelle se succèdent le châssis, l’habitacle et le toit du véhicule et la dénomination « transversale » fait référence à une direction perpendiculaire à la fois à la direction longitudinale et à la direction verticale. Afin de faciliter la lecture des figures, un trièdre L, V, T est représenté sur chacune d’entre elles, la lettre « L » faisant référence à la direction longitudinale, la lettre « V » à la direction verticale et la lettre « T » à la direction transversale.
Dans ce qui va suivre, on va décrire plus particulièrement l’agencement d’au moins deux échangeurs de chaleur les uns par rapport aux autres dans le compartiment du véhicule dans lequel ils sont implantés, et plus particulièrement l’agencement perpendiculaire d’un échangeur de chaleur par rapport à l’autre. Un exemple de réalisation de l’intégration de ces échangeurs de chaleur dans un circuit de fluide réfrigérant est illustré à titre d’exemple sur la figure 5·
Le système de traitement thermique 100 comporte ici un circuit 1 de fluide réfrigérant LR et un ensemble 2 de traitement thermique d'un dispositif de stockage électrique 4 du véhicule automobile. Le dispositif de stockage électrique est, par exemple, formé d'une pluralité de cellules électriques conditionnées ensemble en un pack de batteries. Ce dispositif de stockage électrique 4 est destiné à fournir de l'énergie à un moteur électrique, non représenté sur les figures, le moteur électrique étant destiné à mettre, totalement ou partiellement, le véhicule en mouvement.
Le circuit de fluide réfrigérant 1 comprend, agencées en parallèle l'une de l'autre, une première branche 6 et une deuxième branche 8 configurées pour acheminer en leur sein le fluide réfrigérant LR.
Tel qu’illustré sur la figure 5> la première branche 6 du circuit de fluide réfrigérant 1 comprend notamment un dispositif 10 de compression du fluide réfrigérant LR, un premier échangeur de chaleur 11, un deuxième échangeur de chaleur 12, un dispositif de dérivation 14, dont une vanne de distribution 16, associé à ce deuxième échangeur de chaleur, un premier dispositif d'expansion 18 et un troisième échangeur de chaleur 20. Préférentiellement, au sein du circuit de fluide réfrigérant 1, le premier dispositif d'expansion 18 est agencé entre le deuxième échangeur de chaleur 12 et le troisième échangeur de chaleur 20.
Le dispositif de compression 10 est conçu pour comprimer le fluide réfrigérant LR entre une basse pression d'entrée et une haute pression de sortie. Les premier et deuxième échangeurs de chaleur 11, 12 sont avantageusement des échangeurs du type fluide/air, et ils sont configurés pour réaliser un échange de chaleur entre un premier flux d'air LA et le fluide réfrigérant LR, un tel échange de chaleur participant à refroidir le fluide réfrigérant LR à pression constante. Le premier dispositif d'expansion 18 est destiné à réaliser une détente du fluide réfrigérant LR de la haute pression précitée vers une basse pression.
Le dispositif de dérivation 14 comporte une vanne de distribution 16 pilotée par un module de commande 200 qui sera décrit plus en détails ci-après, et qui peut en sortie du premier échangeur de chaleur 11, soit permettre la circulation du fluide réfrigérant à travers le deuxième échangeur de chaleur 12, soit dérouter ce fluide réfrigérant directement vers le premier dispositif d’expansion sans passer par le deuxième échangeur de chaleur.
Dans cette première branche 6, le troisième échangeur de chaleur 20, du type fluide/air, réalise un échange de chaleur entre un deuxième flux d’air b2 et le fluide réfrigérant LR, en vue de refroidir le deuxième flux d’air L2. Le deuxième flux d’air L2 est, par exemple, un flux d’air destiné à être admis à l’intérieur de l’habitacle du véhicule automobile et/ou un flux d’air recyclé en provenance de l’habitacle du véhicule automobile. Plus particulièrement, le troisième échangeur de chaleur 20 se comporte par exemple comme un évaporateur destiné à refroidir le deuxième flux d’air b2, préalablement à son admission à l’intérieur de l’habitacle du véhicule automobile.
La deuxième branche 8 du circuit de fluide réfrigérant 1 selon l'invention comporte un deuxième dispositif d'expansion 22 et un quatrième échangeur de chaleur 24· Avantageusement, le quatrième échangeur de chaleur 24 est du type fluide/fluide, également connu sous la désignation anglo-saxonne de "chiller". Comme le montre la figure 5> la deuxième branche 8 est agencée en parallèle de la première branche 6 du circuit de fluide réfrigérant 1.
Le deuxième dispositif d'expansion 22 a pour rôle de réaliser une détente du fluide réfrigérant LR, notamment pour refroidir ce dernier pour son passage dans la deuxième branche 8 et son entrée dans le quatrième échangeur de chaleur 24· Selon l'invention, et comme le montre la figure 5, le quatrième échangeur de chaleur 24 est commun à la deuxième branche 8 du circuit de fluide réfrigérant 1 et à l’ensemble 2 de traitement thermique du dispositif de stockage électrique 4·
Selon l'exemple de réalisation plus particulièrement illustré par la figure 1, non exclusif, l'ensemble 2 dédié au traitement thermique du dispositif de stockage électrique 4 comporte un circuit (représenté en tirets mixtes sur les figures) configuré pour acheminer un fluide caloporteur LC entre le dispositif de stockage électrique 4 et le quatrième échangeur de chaleur 24 précédemment défini. Selon d'autres exemples de réalisation, non limitatifs, le quatrième échangeur de chaleur 24 peut être placé en contact direct avec le dispositif de stockage électrique 4. le refroidissement de ce dernier s'effectuant alors par conduction et/ou par convexion.
On va maintenant décrire différents modes de réalisation de l’invention, dans lesquels les premier et deuxième échangeurs de chaleur sont agencés perpendiculairement l’un par rapport à l’autre, au moins dans une position de fonctionnement.
La figure 1 est une représentation schématique d’une face avant du véhicule automobile 10 électrique ou hybride dans lequel est monté le système de traitement thermique 100 selon la présente invention. De façon très schématique, ce système de traitement thermique 100 comprend au moins le premier échangeur de chaleur 11 et au moins le deuxième échangeur de chaleur 12, auxquels sont respectivement associés au moins un premier groupe moto-ventilateur lll et un deuxième groupe moto-ventilateur 121.
Chacun de ces échangeurs de chaleur 11, 12 comprend au moins une zone principale dans laquelle circule le fluide réfrigérant LR précédemment évoqué, cette zone principale étant bordée par deux boîtes collectrices configurées pour générer l’entrée et la sortie du fluide réfrigérant dans l’échangeur de chaleur et pour assurer une circulation homogène du fluide réfrigérant dans la zone principale. Ce fluide réfrigérant est configuré pour échanger des calories avec un flux d’air LA qui traverse la zone principale. Ainsi, cette zone principale est également dénommée « zone d’échange de chaleur ». Ce flux d’air LA pénètre dans le véhicule 10 par sa face avant et se propage tout d’abord principalement selon la direction longitudinale L, tel qu’illustré sur la figure 1 par la flèche LAl, de manière à traverser le premier échangeur de chaleur 11, qui s’étend verticalement, en travers de ce flux d’air. Dans un deuxième temps, le flux d’air LA est dévié de manière à se propager principalement selon la direction verticale V, tel qu’illustré sur la figure 1 par la flèche LAv. Dans l’exemple illustré sur la figure 1, le flux d’air est notamment dévié par la présence d’un carénage 26 qui présente une forme coudée appropriée pour guider le flux d’air vers le deuxième échangeur de chaleur 12. Le carénage 26 forme ainsi un dispositif de déviation du flux d’air selon une direction sensiblement perpendiculaire à la direction d’écoulement du flux d’air lors de son entrée dans le véhicule et son passage à travers le premier échangeur de chaleur 11.
Selon l’invention, le deuxième échangeur de chaleur 12 est agencé sur le trajet du flux d’air ainsi dévié et se propageant principalement selon la direction verticale V. Plus particulièrement, le deuxième échangeur de chaleur est agencé au niveau de la sortie du canal d'air ménagé dans le compartiment avant et comprenant les échangeurs de chaleur du véhicule.
Tel que cela a été précisé précédemment notamment en référence à la figure 5. le premier échangeur de chaleur 11 et le deuxième échangeur de chaleur 12 peuvent être agencés sur un même circuit de fluide réfrigérant, c’est-à-dire que le fluide réfrigérant qui parcourt le premier échangeur de chaleur 11 est le même que celui qui parcourt le deuxième échangeur de chaleur 12. Et le deuxième échangeur de chaleur 12, de même que d’éventuels échangeurs de chaleur additionnels, est piloté en fonction des besoins thermiques du véhicule et notamment dans le cas où une ph ase de rechargement rapide d’un dispositif de stockage électrique est détectée.
Selon un premier mode de réalisation notamment illustré sur la figure 1, les échangeurs de chaleur ont une position fixe l’un par rapport à l’autre et par rapport à la structure du véhicule. Notamment, le premier échangeur de chaleur peut s’étendre verticalement, c’est-à-dire sensiblement perpendiculairement à la direction d’avancement du véhicule, et le deuxième échangeur de chaleur peut alors s’étendre horizontalement, sensiblement parallèlement à la route sur laquelle repose le véhicule. La position figée des échangeurs de chaleur est définie de sorte que le premier échangeur de chaleur soit traversé par un maximum d’air frais, par une position de celui-ci en travers du flux d’air entrant, et de sorte que le deuxième échangeur de chaleur récupère l’air sortant du premier échangeur de chaleur, à distance de celui-ci et après déviation de l’air par des composants du compartiment avant du véhicule.
Tel que cela a été précisé précédemment, au moins un groupe moto-ventilateur est associé à chaque échangeur de chaleur, la mise en œuvre de ce groupe moto-ventilateur permettant de faciliter le passage d’air à travers l’échangeur de chaleur associé.
Le premier groupe moto-ventilateur lll, associé au premier échangeur de chaleur 11, est agencé en aval de ce dernier par rapport au sens de circulation du flux d’air et notamment la composante longitudinale LAl de ce flux d’air. En d’autres termes, le premier groupe moto-ventilateur est disposé vers l’intérieur du véhicule par rapport au premier échangeur de chaleur 11. Le premier groupe moto-ventilateur prend la forme d’une hélice dont les pales sont configurées, lorsque le groupe moto-ventilateur est mis en œuvre, pour aspirer, ou tirer, l’air à travers le premier échangeur de chaleur.
Le deuxième groupe moto-ventilateur 121, associé au deuxième échangeur de chaleur 12, est agencé en amont de ce dernier par rapport au sens de circulation du flux d’air, et notamment la composante verticale LAv de ce flux d’air après sa déviation par le carénage 26 formant dispositif de déviation d’air. En d’autres termes, le deuxième groupe moto-ventilateur est disposé vers l’intérieur du véhicule par rapport au deuxième échangeur de chaleur 12. Le deuxième groupe moto-ventilateur prend la forme d’une hélice dont les pales sont configurées, lorsque le deuxième groupe moto-ventilateur est mis en œuvre, pour souffler, ou pousser, l’air à travers le deuxième échangeur de chaleur.
On décrira ci-après plus en détails le procédé de commande de chacun des groupes moto-ventilateurs en fonction des caractéristiques du véhicule, et notamment la façon dont sont activés selon l’invention les deuxièmes groupes moto-ventilateurs lorsqu’au moins une ph ase de rechargement rapide du module de stockage électrique est mise en œuvre.
Les figures 2 et 3 illustrent un deuxième mode de réalisation de réalisation du système de traitement thermique 100 selon la présente invention, qui diffère principalement de ce qui précède en ce que le deuxième échangeur de chaleur est mobile par rapport au premier échangeur de chaleur. Afin de faciliter la lecture des figures, le module de commande n’est pas ici illustré, étant entendu que conformément à ce qui a été précédemment décrit, un tel module de commande est prévu pour piloter au moins le fonctionnement d’un des groupes moto-ventilateurs.
La figure 2 illustre une première position dans laquelle les deux échangeurs de chaleur 11, 12 sont sensiblement perpendiculaires l’un à l’autre, conformément à la position précédemment décrite du premier mode de réalisation. Et la figure 3 illustre une deuxième position dans laquelle les deux échangeurs de chaleur sont sensiblement parallèles l’un à l’autre, après rotation de 9θ° du deuxième échangeur de chaleur 12.
Notamment, dans la première position, le premier échangeur de chaleur 11 s’étend verticalement, c’est-à-dire sensiblement perpendiculairement à la direction d’avancement du véhicule, et le deuxième échangeur de chaleur 12 s’étend horizontalement, sensiblement parallèlement à la route sur laquelle repose le véhicule. Et dans la deuxième position, après pivotement du deuxième échangeur de chaleur, le deuxième échangeur de chaleur 12 prend une position sensiblement verticale, dans un plan parallèle au plan dans lequel s’étend le premier échangeur de chaleur 11 qui est lui resté fixe. Dans l’exemple illustré sur les figures 2 et 3> le deuxième échangeur de chaleur 12 s’étend dans la deuxième position légèrement en retrait longitudinal par rapport au premier échangeur de chaleur, étant entendu que le deuxième échangeur de chaleur pourrait après pivotement se trouver dans le même plan que le premier échangeur de chaleur.
De la sorte, on augmente la surface d’échange de chaleur perpendiculaire au flux d’air entrant en face avant du véhicule. Il est intéressant de noter qu’entre la première et la deuxième position dans ce deuxième mode de réalisation, la surface totale d’échange de chaleur reste la même si les deux échangeurs de chaleur sont actifs mais est traversée uniquement par de l’air frais.
Dans ce qui précède, on comprend que le premier échangeur de chaleur est fixe par rapport à la structure du véhicule et que le deuxième échangeur de chaleur est configuré pour pivoter par rapport au premier échangeur de chaleur. Le passage de la première à la deuxième position est réalisé par l’intermédiaire d’un actionneur, recevant des instructions du module de commande 200, et par des moyens de pivotement appropriés 3θ· Ces moyens de pivotement peuvent être portés par la structure du véhicule, tel que cela est par exemple illustré sur les figures 2 et 3 ou directement par le premier échangeur de chaleur, étant entendu que le choix de l’une ou l’autre des configurations pourra notamment dépendre du poids du deuxième échangeur de chaleur à supporter par le premier échangeur de chaleur.
On comprend que dans ce deuxième mode de réalisation, le groupe moto-ventilateur associé au deuxième échangeur de chaleur peut suivre le déplacement de cet échangeur de chaleur pour aspirer de l’air frais lorsque le deuxième échangeur de chaleur est en deuxième position.
Le premier groupe moto-ventilateur lll est agencé en aval du premier échangeur de chaleur 11 par rapport au sens de circulation du flux d’air, conformément à ce qui a été décrit dans le premier mode de réalisation, et la position du deuxième groupe moto-ventilateur 121 en aval ou en amont du deuxième échangeur de chaleur 12 par rapport au sens de circulation du flux d’air varie en fonction de la position du deuxième échangeur de chaleur.
Plus particulièrement, le deuxième groupe moto-ventilateur 121, associé au deuxième échangeur de chaleur 12, est agencé en amont de ce dernier par rapport au sens de circulation du flux d’air, et notamment la composante verticale LAv de ce flux d’air après sa déviation par le dispositif de déviation d’air lorsque le deuxième échangeur de chaleur 12 est dans la première position illustrée sur la figure 2. Et ce deuxième groupe moto-ventilateur 121 est agencé en aval du deuxième échangeur de chaleur 12 par rapport au sens de circulation du flux d’air, et notamment la composante longitudinale LAl de ce flux d’air lorsque le deuxième échangeur de chaleur 12 est dans la deuxième position illustrée sur la figure 3· En d’autres termes, le deuxième groupe moto-ventilateur est disposé vers l’intérieur du véhicule par rapport au deuxième échangeur de chaleur 12 quelle que soit la position de cet échangeur de chaleur.
On comprend que dans ce deuxième mode de réalisation, le deuxième groupe moto-ventilateur prend la forme d’une hélice dont les pales sont configurées, lorsque le deuxième groupe moto-ventilateur est mis en œuvre, aussi bien pour souffler que pour aspirer l’air, selon la position du deuxième échangeur de chaleur. Le deuxième groupe moto-ventilateur est configuré pour pouvoir tourner dans un sens dans la première position du deuxième échangeur de chaleur et dans un autre sens dans la deuxième position du deuxième échangeur de chaleur.
Le dispositif de déviation du flux d’air est ici délimité, non par un carénage spécifique tel qu’illustré dans le premier mode de réalisation, mais par une paroi 27 d’un compartiment à bagages 28. Il est notable que, dans les véhicules électriques ou hybrides notamment, un compartiment à bagages peut être formé dans le compartiment avant du véhicule, la place à l’arrière du véhicule étant occupée par le dispositif de stockage électrique. Le deuxième échangeur de chaleur 12 est ainsi disposé verticalement sous le compartiment à bagages, de telle manière que le flux d’air, qui après avoir traversé le premier échangeur de chaleur est dévié par ce compartiment à bagages sous le véhicule, est amené à traverser le deuxième échangeur de chaleur.
Selon l’un ou l’autre de ces exemples de réalisation, on comprend que plus le nombre de groupes moto-ventilateur en fonctionnement augmente, plus la quantité de flux d’air amené à passer à travers des échangeurs de chaleur du système de traitement thermique 100 est importante et plus l’échange thermique est performant. Cette augmentation du nombre de groupes moto-ventilateurs est réalisée à la demande, afin que la consommation électrique correspondant à la mise en œuvre des groupes moto-ventilateur soit ajustée au besoin et non surdimensionnée. On comprend que le premier échangeur de chaleur est dimensionné pour produire une puissance thermique d’environ lokW, suffisante pour gérer les besoins en refroidissement de l’habitacle et les besoins en refroidissement du dispositif de stockage thermique lors du roulage du véhicule. Dès lors, il est intéressant selon l’invention de ne mettre en œuvre le(s) groupe(s) moto-ventilateurs correspondant(s) au deuxième échangeur de chaleur que lorsque le besoin de refroidissement est supérieur, et notamment lorsqu’une opération de rechargement rapide est réalisée, le cas échéant simultanément au fonctionnement du traitement thermique de l’habitacle. La mise en œuvre de ce(s) groupe(s) moto-ventilateur(s) associé(s) au deuxième échangeur de chaleur peut ainsi permettre le fonctionnement simultané de l’ensemble des échangeurs de chaleur sur le même circuit de fluide réfrigérant et la production d’une puissance thermique de l’ordre de 15 à 20KW.
Conformément à l’invention, le positionnement d’un deuxième échangeur de chaleur au niveau de la sortie du canal d'air, dans une disposition horizontale sous les composants logés dans le compartiment avant du véhicule peut permettre d’augmenter la surface d’échange de chaleur en utilisant une zone par ailleurs peu utilisée. De la sorte, il peut être envisagé de diminuer le dimensionnement du premier échangeur de chaleur agencé verticalement, dans une zone de la face avant où les constructeurs peuvent souhaiter limiter le nombre de points durs pour des raisons de sécurité passive et où ils peuvent souhaiter libérer de la place pour des questions de design de la face avant.
Dans le cas où le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur sont agencés sur le même circuit de fluide réfrigérant, on comprend que cette augmentation de la surface d’échange de chaleur implique une augmentation du débit de fluide réfrigérant amené à circuler à travers les échangeurs de chaleur sur cette surface d’échange, pour réaliser l’échange de calories/frigories avec le flux d’air amené à traverser cette surface d’échange de chaleur. Et l’augmentation du débit de fluide réfrigérant est notamment réalisée par une augmentation des régimes de fonctionnement des autres composants du circuit de fluide réfrigérant en question, et particulièrement du compresseur associé à ce circuit. Ainsi, entre la consommation des groupes moto-ventilateurs et des autres composants du circuit de fluide réfrigérant, l’augmentation des capacités thermiques du système de traitement thermique selon l’invention entraîne une augmentation de la consommation électrique du véhicule.
Aussi, afin de limiter cet excès de consommation électrique au strict minimum, le système de traitement thermique 100 selon l’invention comprend un module de commande 200, illustré de façon schématique sur la figure 1, apte à piloter au moins le deuxième groupe moto-ventilateur 121 associé au deuxième échangeur de chaleur 12 et apte à piloter la vanne de distribution 16 du dispositif de dérivation 14 précédemment évoquée. Ce module de commande 200 est ainsi configuré pour mettre en fonctionnement ou arrêter le groupe moto-ventilateur 121 du deuxième échangeur de chaleur. Bien entendu, ce module de commande pourrait être configuré pour piloter également le groupe moto-ventilateur associé au premier échangeur de chaleur, tel qu’illustré à titre d’exemple sur la figure 1.
Le fonctionnement de ce module de commande 200 est décrit ci-après en référence à la figure 4> qui illustre ce fonctionnement sous forme synoptique. Dans la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, le module de commande 200 est configuré pour ne piloter que le deuxième groupe moto-ventilateur 121. On comprend que la mise en marche du groupe moto-ventilateur 121 associée au deuxième échangeur de chaleur peut être couplée, ou bien être réalisée indépendamment, par rapport à la mise en marche du groupe moto-ventilateur associée au premier échangeur de chaleur, le but étant d’optimiser l’étendue des surfaces d’échanges de chaleur en fonction de l’état de fonctionnement du véhicule.
Tel qu’illustré sur cette figure 4> le module de commande 200 comprend un premier sous-module 210 de détection d’une phase de rechargement rapide du dispositif de stockage électrique véhicule. Ce premier sous-module 210 est ainsi configuré pour détecter si le véhicule 10, et plus exactement si un dispositif de stockage électrique de ce véhicule 10, est en ph ase de rechargement rapide ou non. La détection de cette phase de rechargement rapide peut être réalisée par l’analyse d’informations sur l’arrêt du véhicule et/ou la montée en température du dispositif de stockage électrique au-delà d’un seuil limite, ou bien par la détection de l’enfoncement d’un bouton approprié par l’utilisateur, ou bien encore par l’analyse d’informations sur la fluctuation du niveau de charge du dispositif de stockage électrique.
Dans l’hypothèse où le véhicule est en phase de rechargement rapide, le premier sous-module 210 envoie une première information 211 correspondante à un deuxième sous-module 220 quant à lui configuré pour détecter si un dispositif de traitement thermique d’un habitacle du véhicule est en fonctionnement. Si ce deuxième sous-module 220 détecte que le dispositif de traitement thermique de l’habitacle du véhicule est en cours d’utilisation, et par exemple que la climatisation est mise en œuvre par les utilisateurs restés dans le véhicule lors de la phase de rechargement rapide, il envoie une deuxième information 221 correspondante à un troisième sous-module 230 du module de commande 200. Ce troisième sous-module 230 est quant à lui configuré pour générer une instruction permettant la mise en marche du/des deuxième(s) groupe moto-ventilateur 121 associé(s) au deuxième échangeur de chaleur 12.
Ainsi, on comprend que lorsque le véhicule 10 est en phase de rechargement rapide et que, de façon concomitante, le dispositif de traitement thermique de l’habitacle du véhicule est en cours d’utilisation, le module de commande 200 est configuré pour permettre d’augmenter les capacités thermiques du système de traitement thermique 100 en activant le(s) groupe(s) moto-ventilateur associé au deuxième échangeur thermique et en permettant, par l’intermédiaire du dispositif de dérivation, au fluide réfrigérant de circuler successivement dans le premier échangeur de chaleur et dans le deuxième échangeur de chaleur. Ainsi, le refroidissement du dispositif de stockage électrique et celui de l’habitacle du véhicule sont assurés malgré la forte demande en énergie qu’ils nécessitent.
Dans le cas du deuxième mode de réalisation précédemment décrits, le module de commande 200 peut être configuré pour envoyer une instruction de commande à l’actionneur permettant le mouvement du deuxième échangeur de chaleur pour passer de la première position perpendiculaire au premier échangeur de chaleur à la deuxième position dans laquelle ce deuxième échangeur de chaleur s’étend sensiblement dans le plan du premier échangeur de chaleur. On comprend que l’opération de rechargement rapide se faisant à l’arrêt du véhicule, ce mouvement du deuxième échangeur de chaleur peut se faire sans risque d’endommagement du système de traitement thermique et notamment de ce deuxième échangeur de chaleur.
Dans l’hypothèse où le premier sous-module 210 ne détecte pas de phase de rechargement rapide du dispositif de stockage électrique du véhicule 10, il envoie une troisième information 212 au troisième sous-module 230 qui est alors informé que le seul fonctionnement du premier groupe moto-ventilateur lll associé au premier échangeur de chaleur 11 est suffisant pour répondre aux besoins thermiques du véhicule. De même, si, après avoir reçu la première information 211 envoyé par le premier sous-module 210, le deuxième sous-module 220 ne détecte pas l’utilisation du système de refroidissement d’un habitacle du véhicule, il envoie une quatrième information 222 au troisième sous-module 230 qui peut consister en une information selon laquelle le seul fonctionnement du premier groupe moto-ventilateur lll associé au premier échangeur de chaleur 11 est suffisant pour répondre aux besoins thermiques du véhicule.
Si le groupe moto-ventilateur 121 associé au deuxième échangeur de chaleur 12 est en fonctionnement lorsque le troisième sous-module 230 reçoit la troisième ou la quatrième information 212, 222 selon lesquelles le véhicule n’est pas en phase de rechargement rapide et/ou le système de refroidissement de l’habitacle du véhicule n’est pas en cours d’utilisation, alors ce troisième sous-module 230 envoie une instruction d’arrêt de ce groupe moto-ventilateur 121.
Dans chacun des cas de mise en œuvre décrits précédemment, il convient de comprendre que les sous-modules sont configurés pour envoyer une instruction de mise en œuvre des groupes moto-ventilateurs, afin d’assurer ou non un passage d’air frais à travers les échangeurs de chaleur associés, et que le module de commande 200 est également configuré pour piloter en conséquence des vannes de distribution pour orienter le fluide réfrigérant à l’intérieur du circuit vers l’échangeur de chaleur additionnel, c’est-à-dire le deuxième échangeur de chaleur, lorsque les groupes moto-ventilateurs sont actionnés pour que de l’air passe à travers cet échangeur de chaleur additionnel. Lorsque les sous-modules envoient une instruction de couper ou de conserver éteints le(s) groupe(s) moto-ventilateur(s), les vannes de distribution précédemment évoquées sont pilotées pour que le fluide réfrigérant ne circule pas à travers cet échangeur de chaleur additionnel correspondant. Le compresseur n’est alors pas suralimenté et le fluide réfrigérant circule normalement dans le circuit et le premier échangeur de chaleur, puis dans le troisième ou le quatrième échangeur de chaleur tel que décrit précédemment en référence à la figure 5·
On comprend donc que, grâce notamment à ce module de commande 200, le système de traitement thermique 100 selon la présente invention est avantageusement capable d’augmenter ses capacités thermiques lorsqu’un besoin ponctuel est détecté. Ainsi, le système de traitement thermique 100 est apte à endiguer un échauffement temporaire du dispositif de stockage électrique, sans pour autant surdimensionner les échangeurs de chaleur fonctionnant en continu sur le circuit de fluide réfrigérant, et donc sans pour autant augmenter la consommation du véhicule lorsque celui-ci circule normalement.
La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tout moyen ou configuration équivalents et à toute combinaison de moyens techniquement opérante de tels moyens. En particulier la forme et la disposition des échangeurs de chaleur et des groupes moto-ventilateur qui leur sont associés peuvent être modifiées sans nuire à l’invention dans la mesure où elles remplissent les mêmes fonctionnalités que celles décrites dans le présent document.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système de traitement thermique (lOO) pour véhicule (lo) comportant au moins un premier échangeur de chaleur (il) et un deuxième échangeur de chaleur (l2), caractérisé en ce que le deuxième échangeur de chaleur est agencé sensiblement perpendiculairement au premier échangeur de chaleur, le premier et le deuxième échangeur de chaleur étant agencés pour être successivement traversés par un même flux d’air (FA, FAl, FAv).
  2. 2. Système de traitement thermique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier échangeur de chaleur (il) et le deuxième échangeur de chaleur (l2) sont agencés sur un même circuit de fluide réfrigérant (l) du système de traitement thermique.
  3. 3. Système de traitement thermique selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comporte un ensemble de refroidissement (2) d'un dispositif de stockage électrique (4) configuré pour fournir une énergie apte à mettre en mouvement le véhicule et le circuit de fluide réfrigérant (l) sur lequel sont agencés au moins les premier (il) et deuxième (l2) échangeurs de chaleur, un autre échangeur de chaleur (24) étant commun à l’ensemble de refroidissement et au circuit de fluide réfrigérant.
  4. 4. Système de traitement thermique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les échangeurs de chaleur (il, 12) ont une position fixe l’un par rapport à l’autre.
  5. 5. Système de traitement thermique selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’au moins un groupe moto-ventilateur est associé à chaque échangeur de chaleur, un premier groupe moto-ventilateur (lll) étant agencé en aval du premier échangeur de chaleur (il) par rapport au sens de circulation du flux d’air et un deuxième groupe moto-ventilateur (l2l) étant agencé en amont du deuxième échangeur de chaleur (l2) par rapport au sens de circulation du flux d’air.
  6. 6. Système de traitement thermique selon l’une des revendications 1 à 3. caractérisé en ce que le deuxième échangeur de chaleur (l2) est mobile par rapport au premier échangeur de chaleur (il), entre une première position dans laquelle les deux échangeurs de chaleur sont sensiblement perpendiculaires et une deuxième position dans laquelle les deux échangeurs de chaleur sont sensiblement parallèles l’un à l’autre.
  7. 7. Système de traitement thermique selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’au moins un groupe moto-ventilateur est associé à chaque échangeur de chaleur, un premier groupe moto-ventilateur (lll) étant agencé en aval du premier échangeur de chaleur (il) par rapport au sens de circulation du flux d’air et un deuxième groupe moto-ventilateur (l2l) étant agencé en amont du deuxième échangeur de chaleur (l2) par rapport au sens de circulation du flux d’air, et caractérisé en ce que le deuxième groupe moto-ventilateur est configuré pour pouvoir tourner dans un sens dans la première position du deuxième échangeur de chaleur et dans un autre sens dans la deuxième position du deuxième échangeur de chaleur.
  8. 8. Système de traitement thermique (lOO) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième échangeur de chaleur (l2) est agencé sous un coffre de rangement ménagé dans le compartiment avant du véhicule (io).
  9. 9. Véhicule (lo) électrique ou hybride comprenant au moins un système de traitement thermique selon l’une des revendications précédentes.
  10. 10. Procédé de commande d’un système de traitement thermique comprenant au moins un premier échangeur de chaleur et un deuxième échangeur de chaleur configurés pour prendre au moins dans certaines phases de fonctionnement une position perpendiculaire l’un par rapport à l’autre, ledit procédé comprenant une étape de détection d’une ph ase de rechargement rapide d’un dispositif de stockage électrique d’un véhicule équipé dudit système de traitement thermique, une étape de détection d’une utilisation d’un dispositif de traitement thermique de l’habitacle de ce véhicule et une étape au cours de laquelle la position du deuxième échangeur de chaleur par rapport au premier échangeur de chaleur est modifiée lorsqu’une phase de rechargement rapide et une phase de traitement thermique sont détectées simultanément.
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