FR3083853A1 - Circuit de gestion thermique d'un vehicule automobile electrique ou hybride - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un circuit de gestion thermique d'un véhicule automobile électrique ou hybride dans lequel circule un fluide réfrigérant, ledit circuit de gestion thermique comportant une boucle principale comportant : • un premier compresseur, • un premier échangeur de chaleur destiné à être traversé par un flux d'air externe, • un premier dispositif de détente, et • un deuxième échangeur de chaleur destiné à être traversé par le flux d'air interne, ledit circuit de gestion thermique comportant une première branche de circulation comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : • un deuxième dispositif de détente, • un troisième échangeur de chaleur permettant les échanges de chaleur avec un flux d'air interne, • un quatrième échangeur de chaleur destiné à être en relation avec les batteries du véhicule automobile, et • un deuxième compresseur, ledit circuit de gestion thermique comportant une deuxième branche de circulation comportant un troisième dispositif de détente.

Description

La présente invention traite du domaine des circuits de gestion thermique pour véhicule, notamment pour véhicule automobile, et plus particulièrement, la présente invention se rapporte aux circuits de gestion thermique permettant une régulation thermique d’un dispositif de stockage électrique destiné aux véhicules automobiles électriques ou hybrides.
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 un approvisionnement en énergie électrique conséquent et sont équipés de dispositifs de stockage électrique ou batteries. Ces batteries supportent mal de fonctionner en dehors d’une plage de températures déterminées, généralement située autour de 45°C. En dehors de cette plage de température, le fonctionnement des batteries ainsi que sa durée de vie peut être diminuée. De plus, au-dessus de cette plage de température, les batteries peuvent atteindre des hautes températures auxquelles il peut se détériorer. Cela est notamment le cas lors de la charge des batteries.
Il est ainsi connu d’utiliser un circuit de fluide réfrigérant, par ailleurs utilisé pour chauffer ou refroidir différentes zones ou différents composants du véhicule, pour refroidir ou réchauffer les batteries selon les besoins et les amener et les maintenir proche de leur température optimale de fonctionnement.
A titre d’exemple, le circuit de fluide réfrigérant peut être suffisant pour refroidir les batteries lors d’une phase de charge classique du dispositif de stockage électrique du véhicule, à savoir une phase 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 réduire les dimensions du circuit de gestion thermique du dispositif de stockage électrique, notamment pour son refroidissement.
Cependant, une nouvelle technique de charge rapide 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 réduit de quelques dizaines de minutes. Toutefois cette charge rapide implique un échauffement du dispositif de stockage électrique important de part un effet Joule ainsi que des réactions chimiques exothermiques ce qui impose un dimensionnement plus important du/des échangeur(s) de chaleur destiné(s) à la régulation thermique du dispositif de stockage électrique. De plus, la puissance de refroidissement générée et nécessaire pour refroidir les batteries lors d’une charge rapide est problématique lorsque Ton désire également avoir un refroidissement conjoint de l’habitacle du véhicule automobile notamment d’un point de vue des différentes température d’évaporation du fluide réfrigérant au niveau des batteries et de l’échangeur de chaleur utilisé pour refroidir l’habitacle.
La présente invention propose de résoudre au moins en partie les inconvénients de l’art antérieur et propose un circuit de gestion thermique ainsi que des modes de fonctionnement permettant un refroidissement conjoint de l’habitacle et des batteries notamment lors d’une charge rapide.
La présente invention concerne donc un circuit de gestion thermique d’un véhicule automobile électrique ou hybride dans lequel circule un fluide réfrigérant, ledit circuit de gestion thermique comportant une boucle principale comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant :
° un premier compresseur, ° un premier échangeur de chaleur destiné à être traversé par un flux d’air externe, ° un premier dispositif de détente, et ° un deuxième échangeur de chaleur destiné à être traversé par le flux d’air interne, ledit circuit de gestion thermique comportant une première branche de circulation reliant un premier point de jonction disposé en aval du premier échangeur de chaleur, entre ledit premier échangeur de chaleur et le premier dispositif de détente, à un deuxième point de jonction disposé en aval du premier compresseur, entre ledit premier compresseur et le premier échangeur de chaleur, ladite première branche de circulation comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant :
° un deuxième dispositif de détente, ° un troisième échangeur de chaleur permettant les échanges de chaleur avec un flux d’air interne, ° un quatrième échangeur de chaleur destiné à être en relation avec les batteries du véhicule automobile électrique ou hybride, et ° un deuxième compresseur, ledit circuit de gestion thermique comportant une deuxième branche de circulation reliant un troisième point de jonction disposé sur la première branche de circulation en aval du quatrième échangeur de chaleur, entre ledit quatrième échangeur de chaleur et le deuxième compresseur, à un quatrième point de jonction disposé sur la boucle principale en aval du deuxième échangeur de chaleur, entre ledit deuxième échangeur de chaleur et le premier compresseur, ladite deuxième branche de circulation comportant un troisième dispositif de détente.
Selon un aspect de l’invention, le troisième échangeur de chaleur peut être un échangeur de chaleur bifluide disposé conjointement sur la première branche de circulation et sur une boucle de circulation d’un fluide caloporteur, ladite boucle de circulation pouvant comporter une pompe, ledit troisième échangeur de chaleur et un cinquième échangeur de chaleur destiné à être traversé par le flux d’air interne.
Selon un autre aspect de l’invention, le troisième échangeur de chaleur peut être destiné à être traversé par le flux d’air interne.
Selon un autre aspect de l’invention, le deuxième échangeur de chaleur peut comporter en outre un matériau à changement de phase.
Selon un autre aspect de l’invention, le circuit de gestion thermique peut comporter en outre un échangeur de chaleur interne permettant les échanges de chaleur entre le fluide réfrigérant en sortie du deuxième dispositif de détente et le fluide réfrigérant circulant entre le premier point de jonction et le premier dispositif de détente.
Selon un autre aspect de l’invention, le circuit de gestion thermique peut être configuré dans un premier mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
° le deuxième compresseur à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression, ° le premier échangeur de chaleur au niveau duquel il perd de la chaleur, ° le deuxième dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une deuxième pression, ° le troisième échangeur de chaleur, et ° le quatrième échangeur de chaleur avant de rejoindre le deuxième compresseur.
Selon un autre aspect de l’invention, le circuit de gestion thermique peut être configuré dans un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
° le premier compresseur à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression, ° le premier échangeur de chaleur au niveau duquel il perd de la chaleur, ° une première partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation (B) et traverse le deuxième dispositif de détente) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une deuxième pression, le troisième échangeur de chaleur, le quatrième échangeur de chaleur, la deuxième branche de circulation et le troisième dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression, inférieure à la deuxième pression, ° une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par le premier dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à la troisième pression, le fluide réfrigérant traverse ensuite le deuxième échangeur de chaleur au niveau duquel il absorbe de la chaleur, les deux parties de fluide réfrigérant se rejoignant au niveau du quatrième point de jonction avant de rejoindre le premier compresseur.
Selon un autre aspect de l’invention, le circuit de gestion thermique peut être configuré dans un troisième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
° le premier compresseur à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression, ° le premier échangeur de chaleur au niveau duquel il perd de la chaleur, ° le premier dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression, ° le deuxième échangeur de chaleur au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier compresseur.
[Fig.l] représente une vue schématique d’un circuit de gestion thermique selon un premier mode de réalisation.
[Fig.2] représente une vue schématique d’un circuit de gestion thermique selon un deuxième mode de réalisation.
[Fig.3] représente une vue schématique du circuit de gestion thermique de la figure 2 selon un premier mode de fonctionnement.
[Fig.4] représente un diagramme pression \ enthalpie du fluide réfrigérant selon le premier mode de fonctionnement de la figure 3.
[Fig.5] représente une vue schématique du circuit de gestion thermique de la figure 2 selon un deuxième mode de fonctionnement.
[Fig.6] représente un diagramme pression \ enthalpie du fluide réfrigérant selon le deuxième mode de fonctionnement de la figure 5.
[Fig.7] représente une vue schématique du circuit de gestion thermique de la figure 2 selon un troisième mode de fonctionnement.
[Fig.8] représente un diagramme pression \ enthalpie du fluide réfrigérant selon le troisième mode de fonctionnement de la figure 7.
Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la présente description on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère etc. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tels ou tels critères.
Dans la présente demande, on entend par « placé en amont » qu’un élément est placé avant un autre par rapport au sens de circulation d'un fluide. A contrario, on entend par « placé en aval » qu’un élément est placé après un autre par rapport au sens de circulation du fluide.
Les figures 1 et 2 montrent un circuit de gestion thermique 1 d’un véhicule automobile électrique ou hybride dans lequel circule un fluide réfrigérant. Ce circuit de gestion thermique 1 comporte notamment une boucle principale A, une première branche de circulation B et une deuxième branche de circulation C.
La boucle principale A comporte plus particulièrement dans le sens de circulation du fluide réfrigérant :
• un premier compresseur 3a, • un premier échangeur de chaleur 5 destiné à être traversé par un flux d’air externe 100, • un premier dispositif de détente 7, et • un deuxième échangeur de chaleur 9 destiné à être traversé par un flux d’air interne 200.
La sortie de fluide réfrigérant dudit deuxième échangeur de chaleur 9 est reliée au premier compresseur 3a.
Par flux d’air externe 100 on entend plus particulièrement un flux d’air extérieur au véhicule automobile. Le premier échangeur de chaleur 5 peut ainsi notamment être un condenseur disposé en face avant du véhicule automobile et traversé par le flux d’air externe 100 généré par le déplacement du véhicule automobile et/ou par un ventilateur.
Par flux d’air interne 200, on entend plus particulièrement un flux d’air à destination de l’habitacle du véhicule automobile. Ce flux d’air interne 200 peut notamment circuler dans un dispositif de chauffage, ventilation et climatisation également appelé HVAC en anglais pour « Heating, Ventilation and Air-Conditioning ».
La première branche de circulation B relie quant à elle un premier point de jonction 31 à un deuxième point de jonction 32. Le premier point de jonction 31 est disposé en aval du premier échangeur de chaleur 5, entre ledit premier échangeur de chaleur 5 et le premier dispositif de détente 7. Le deuxième point de jonction 32 est quant à lui disposé en aval du premier compresseur 3a, entre ledit premier compresseur 3a et le premier échangeur de chaleur 5. La première branche de circulation B comporte dans le sens de circulation du fluide réfrigérant :
• un deuxième dispositif de détente 11, • un troisième échangeur de chaleur 15 permettant les échanges de chaleur avec un flux d’air interne 200, • un quatrième échangeur de chaleur 19 destiné à être en relation avec les batteries du véhicule automobile électrique ou hybride, et • un deuxième compresseur 3b.
Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 1, le troisième échangeur de chaleur 15 est en relation thermique directe avec le flux d’air interne 200. Par cela, on entend que le troisième échangeur de chaleur 15 est destiné à être traversé par le flux d’air interne 200. Le troisième échangeur de chaleur 15 peut alors être disposé directement dans le dispositif de chauffage, ventilation et climatisation dans le flux d’air interne 200.
Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 2, le troisième échangeur de chaleur 15 est en relation thermique indirecte avec le flux d’air interne 200. Le troisième échangeur de chaleur 15 peut alors être un échangeur de chaleur bifluide disposé conjointement sur la première branche de circulation B et sur une boucle de circulation D d’un fluide caloporteur. Cette boucle de circulation D comporte notamment une pompe 21, ledit troisième échangeur de chaleur 15 et un cinquième échangeur de chaleur 23 destiné à être traversé par le flux d’air interne 200. Dans ce deuxième mode de réalisation, ce cinquième échangeur de chaleur 23 peut être plus particulièrement disposé dans le dispositif de chauffage, ventilation et climatisation.
Le deuxième échangeur de chaleur 9 est également disposé dans le dispositif de chauffage, ventilation et climatisation. De préférence, ce deuxième échangeur de chaleur 9 est disposé, dans le sens de circulation du flux d’air interne 200, en amont du troisième échangeur de chaleur 15 dans le premier mode de réalisation (comme illustré sur la figure 1) ou en amont du cinquième échangeur de chaleur 23 dans le deuxième mode de réalisation (comme illustré sur la figure 2).
Le deuxième échangeur de chaleur 9 peut comporter en outre un matériau à changement de phase. Ce matériau à changement de phase permet notamment d’augmenter l’inertie thermique du deuxième échangeur de chaleur 9 et de refroidir le flux d’air interne 200 pendant un certain temps même quand le fluide réfrigérant ne circule pas dans le deuxième échangeur de chaleur 9.
La deuxième branche de circulation C relie quant à elle un troisième point de jonction 33 à un quatrième point de jonction 34. Le troisième point de jonction 33 est notamment disposé sur la première branche de circulation B, en aval du quatrième échangeur de chaleur 19, entre ledit quatrième échangeur de chaleur 19 et le deuxième compresseur 3b. Le quatrième point de jonction 34 est quant à lui disposé sur la boucle principale A, en aval du deuxième échangeur de chaleur 9, entre ledit deuxième échangeur de chaleur 9 et le premier compresseur 3a.
La deuxième branche de circulation C comporte un troisième dispositif de détente 17.
Les premier 7, deuxième 11 et troisième 17 dispositifs de détente peuvent comporter notamment une fonction d’arrêt afin de bloquer la circulation du fluide réfrigérant lorsqu’ils sont complètement fermés. Une telle fonction d’arrêt permet de contrôler la circulation du fluide réfrigérant et ainsi de décider si ledit fluide réfrigérant circule dans le deuxième échangeur de chaleur 9, dans la première branche de circulation B et/ou dans la deuxième branche de circulation C.
Une solution alternative (non représentée) est de disposer une première vanne d’arrêt sur la boucle principale A entre le premier 31 et le quatrième 34 point de jonction, une deuxième vanne d’arrêt sur la première branche de circulation B, entre le premier 31 et le troisième 33 point de jonction, et une troisième vanne d’arrêt sur la deuxième branche de circulation C.
Le circuit de gestion thermique 1 peut également comporter un échangeur de chaleur interne 13 permettant les échanges de chaleur entre le fluide réfrigérant en sortie du deuxième dispositif de détente 11 sur la deuxième branche de circulation B et le fluide réfrigérant circulant entre le premier point de jonction 31 et premier dispositif de détente 7, sur la boucle principale A.
Les figures 3 à 8 montrent le circuit de gestion thermique 1 de la figure 2, selon différents modes de fonctionnements. Ces modes de fonctionnement ne sont pas limités au deuxième mode de réalisation et peuvent tout à fait être réalisé par le premier mode de réalisation de la figure 1.
Sur les figures 3, 5 et 7, seules les portions dans lesquelles le fluide réfrigérant circule sont représentées. La différence de traits marque la pression du fluide réfrigérant. Un trait épais correspond à une première pression, le trait fin correspond à une deuxième pression, inférieure à la première pression, et un trait pointillé correspond à une troisième pression, inférieure à la deuxième pression.
Premier mode de fonctionnement :
La figure 3 montre le fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 selon un premier mode de fonctionnement. Dans ce premier mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule dans :
• le deuxième compresseur 3b à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression, • le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel il perd de la chaleur, • le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une deuxième pression, • le troisième échangeur de chaleur 15, et • le quatrième échangeur de chaleur 9 avant de rejoindre le deuxième compresseur 3b.
La figure 4 montre quant à elle un diagramme de l’évolution de la pression (exprimée en Pa) et de l’enthalpie (exprimée en kJ/kg) du fluide réfrigérant lors de ce premier mode de fonctionnement.
Dans ce premier mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant passe tout d’abord dans le deuxième compresseur 3b en sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression dite haute pression, comme illustré par la courbe 300b du diagramme de la figure 4.
Le fluide réfrigérant passe ensuite par le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel le fluide réfrigérant perd de la chaleur, notamment au profit du flux d’air externe 100, comme illustré par la courbe 500 du diagramme de la figure 4.
Au niveau du premier point de jonction 31, le fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation B et traverse le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant subit une perte de pression et passe à une deuxième pression, comme illustré par la courbe 110 du diagramme de la figure 4. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le troisième échangeur de chaleur 15.
Selon que le troisième échangeur de chaleur 15 est actif ou non, le fluide réfrigérant peut absorber de la chaleur, comme le montre la courbe 150 du diagramme de la figure 4 ou bien traverser le troisième échangeur de chaleur 15 sans échanger de chaleur. Par actif ou non, on entend ici que le troisième échangeur de chaleur 15 permet ou non les échanges de chaleurs directes ou indirectes entre le fluide réfrigérant et le flux d’air interne 200. Si le flux d’air interne 200 est arrêté ou alors que la boucle de circulation D est à l’arrêt, les échanges de chaleurs ne sont pas possible au niveau du troisième échangeur de chaleur.
Le troisième échangeur de chaleur 15 peut absorber directement de l’énergie calorifique dans le flux d’air interne 200 dans le cadre du premier mode de réalisation du circuit de gestion thermique 1. Dans le cadre du deuxième mode de réalisation du circuit de gestion thermique 1, le troisième échangeur de chaleur 15 absorbe de l’énergie calorifique du fluide caloporteur circulant dans la boucle de circulation D. Le fluide caloporteur circulant dans la boucle de circulation D perd ainsi de l’énergie calorifique au niveau du troisième échangeur de chaleur 15 et en absorbe du flux d’air interne 200 au niveau du cinquième échangeur de chaleur 23.
Le fluide réfrigérant traverse ensuite le quatrième échangeur de chaleur 19 au niveau duquel il absorbe de la chaleur en provenance des batteries comme le montre la courbe 190 du diagramme de la figure 4.
Dans ce premier mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant ne circule pas dans la branche principale A entre le premier 31 et le deuxième 32 point de jonction. Pour cela, le premier dispositif de détente 7 peut par exemple être fermé et bloquer la circulation du fluide réfrigérant.
Le fluide réfrigérant ne circule pas non plus dans la deuxième branche de circulation C. Pour cela, le troisième dispositif de détente 17 peut par exemple être fermé et bloquer la circulation du fluide réfrigérant.
Dans le cas où le circuit de gestion thermique 1 comporte un échangeur de chaleur interne 13, ce dernier n’a pas d’effet du fait que le fluide réfrigérant ne circule pas dans la branche principale A entre le premier 31 et le deuxième 32 point de jonction.
Ce premier mode de fonctionnement permet de refroidir les batteries efficacement via le quatrième échangeur de chaleur 19, notamment lors d’un chargement rapide nécessitant une forte capacité de refroidissement pour maintenir les batteries au plus près de leur température optimale de fonctionnement. De plus ce premier mode de fonctionnement permet, conjointement au refroidissement des batteries en chargement rapide, d’avoir également un prérefroidissement direct ou indirect du flux d’air interne 200 via le troisième échangeur de chaleur 15.
Le contrôle des échanges de chaleurs au niveau du troisième échangeur de chaleur 15 permet de réguler la capacité de refroidissement allouée à la fois pour le refroidissement du flux d’air interne 200 et des batteries. En effet, si le flux d’air interne 200 n’échange pas de chaleur directement ou indirectement avec le fluide réfrigérant via le troisième échangeur de chaleur 15, l’intégralité de la capacité de refroidissement sera alors allouée au refroidissement des batteries via le quatrième échangeur de chaleur 9. Cela est possible par exemple lorsque le flux d’air interne 200 est bloqué et ne traverse pas le troisième échangeur de chaleur 15 ou le cinquième échangeur de chaleur 23 ou encore que le fluide caloporteur de la boucle de circulation D ne circule pas du fait d’un arrêt de la pompe 21.
Lorsque le flux d’air interne 200 est refroidi, la capacité de refroidissement est partagée entre le refroidissement dudit flux d’air interne 200 via le troisième radiateur 15 et le refroidissement des batteries via le quatrième échangeur de chaleur 19. La part de refroidissement allouée au refroidissement du flux d’air interne 200 peut être contrôlée par le contrôle du débit de flux d’air interne 200 traversant le troisième échangeur de chaleur 15 dans le premier mode de réalisation. Dans le deuxième mode de réalisation, ce contrôle peut être réalisé par le contrôle du débit de flux d’air interne 200 traversant le cinquième échangeur de chaleur 23 et/ou par le contrôle du débit de fluide caloporteur circulant dans la boucle de circulation D.
Cela permet ainsi de moduler la capacité thermique allouée aux troisième 15 et quatrième 19 échangeurs de chaleur selon les besoins. Par exemple il est possible d’allouer une plus grande capacité thermique au quatrième échangeur de chaleur 19 pour refroidir les batteries lors d’un chargement rapide, nécessitant une forte capacité de refroidissement pour maintenir les batteries au plus près de leur température optimale de fonctionnement, tout en conservant un peu de capacité de refroidissement pour refroidir le flux d’air interne 200.
Dans le cas où le deuxième échangeur de chaleur 9 comporte un matériau à changement de phase, ce dernier peut également participer au refroidissement du flux d’air interne 200.
Deuxième mode de fonctionnement :
La figure 5 montre le fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 selon un deuxième mode de fonctionnement. Dans ce deuxième mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule dans :
• le premier compresseur 3a à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression, • le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel il perd de la chaleur, • une première partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation B et traverse le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une deuxième pression, le troisième échangeur de chaleur 15, le quatrième échangeur de chaleur 9, la deuxième branche de circulation C et le troisième dispositif de détente 17 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression, inférieure à la deuxième pression, • une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à la troisième pression, le fluide réfrigérant traverse ensuite le deuxième échangeur de chaleur 9 au niveau duquel il absorbe de la chaleur.
Les deux parties de fluide réfrigérant se rejoignent au niveau du quatrième point de jonction 34 avant de rejoindre le premier compresseur 3a.
La figure 6 montre quant à elle un diagramme de l’évolution de la pression (exprimée en Pa) et de l’enthalpie (exprimée en kJ/kg) du fluide réfrigérant lors de ce deuxième mode de fonctionnement.
Dans ce deuxième mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant passe tout d’abord dans le premier compresseur 3a en sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression dite haute pression, comme illustré par la courbe 300a du diagramme de la figure 6.
Le fluide réfrigérant passe ensuite par le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel le fluide réfrigérant perd de la chaleur, notamment au profit du flux d’air externe 100, comme illustré par la courbe 500 du diagramme de la figure 6.
Au niveau du premier point de jonction 31, le fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation B et traverse le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant subit une première perte de pression et passe à une deuxième pression, comme illustré par la courbe 110 du diagramme de la figure 6. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le troisième échangeur de chaleur 15.
Selon que le troisième échangeur de chaleur 15 est actif ou non, le fluide réfrigérant peut absorber de la chaleur, comme le montre la courbe 150 du diagramme de la figure 6 ou bien traverser le troisième échangeur de chaleur 15 sans échanger de chaleur. Par actif ou non, on entend ici que le troisième échangeur de chaleur 15 permet ou non les échanges de chaleurs directes ou indirectes entre le fluide réfrigérant et le flux d’air interne 200. Si le flux d’air interne 200 est arrêté ou alors que la boucle de circulation D est à l’arrêt, les échanges de chaleurs ne sont pas possibles au niveau du troisième échangeur de chaleur.
Le troisième échangeur de chaleur 15 peut absorber directement de l’énergie calorifique dans le flux d’air interne 200 dans le cadre du premier mode de réalisation du circuit de gestion thermique 1. Dans le cadre du deuxième mode de réalisation du circuit de gestion thermique 1, le troisième échangeur de chaleur 15 absorbe de l’énergie calorifique du fluide caloporteur circulant dans la boucle de circulation D. Le fluide caloporteur circulant dans la boucle de circulation D perd ainsi de l’énergie calorifique au niveau du troisième échangeur de chaleur 15 et en absorbe du flux d’air interne 200 au niveau du cinquième échangeur de chaleur 23.
Le fluide réfrigérant traverse ensuite le quatrième échangeur de chaleur 19 au niveau duquel il absorbe de la chaleur en provenance des batteries comme le montre la courbe 190 du diagramme de la figure 4.
Au niveau du troisième point de jonction 33, le fluide réfrigérant passe dans la deuxième branche de circulation C. Au sein de cette deuxième branche de circulation C, le fluide réfrigérant traverse le troisième dispositif de détente 17 au niveau duquel il subit une deuxième perte de pression et passe de la deuxième pression à une troisième pression, comme illustré par la courbe 170 du diagramme de la figure 6. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite le quatrième point de jonction 34.
Toujours au niveau du premier point de jonction 31, une deuxième partie du fluide réfrigérant circule dans la boucle principale A et traverse le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe directement à la troisième pression comme illustré par la courbe 700 du diagramme de la figure 6. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le deuxième échangeur de chaleur 9 au niveau duquel il absorbe de la chaleur, comme illustré par la courbe 900 du diagramme de la figure 6, avant de rejoindre le troisième point de jonction 33.
Les deux parties du fluide réfrigérant se rejoignent au niveau du quatrième point de jonction 34 avant de retourner au premier compresseur 3a.
Dans le cas où le circuit de gestion thermique 1 comporte un échangeur de chaleur interne 13, ce dernier permet un sous-refroidissement du fluide réfrigérant passant par la boucle principale A. En effet, une partie de l’énergie calorifique du fluide réfrigérant passant entre le premier point de jonction 31 et le premier dispositif de détente 7 est transférée au fluide réfrigérant circulant dans la première branche de circulation B en sortie du deuxième dispositif de détente 11, comme illustré par les courbes 130a et 130b du diagramme de la figure 6.
Cet échangeur de chaleur interne permet ici d’améliorer le coefficient de performance du circuit de gestion thermique 1 dans ce deuxième mode de fonctionnement.
Dans ce deuxième mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule à la fois dans la boucle principale, la première B et la deuxième C branche de circulation.
Ce deuxième mode de fonctionnement permet, à l’instar du premier mode de fonctionnement, de refroidir conjointement le flux d’air interne 200 directement ou indirectement via le troisième échangeur de chaleur 15 ainsi que les batteries via le quatrième échangeur de chaleur 19. Le contrôle de la capacité thermique alloué au troisième échangeur de chaleur 15 et au quatrième échangeur de chaleur 19 dans la première branche de circulation B est identique à celui du premier mode de fonctionnement. De plus ce deuxième mode de fonctionnement permet, conjointement au refroidissement des batteries en chargement rapide, d’avoir également un refroidissement du flux d’air interne 200 via le deuxième échangeur de chaleur 9.
Dans le cas où le quatrième échangeur de chaleur 19 comporte un matériau à changement de phase, ce dernier peut être « rechargé » dans ce deuxième mode de fonctionnement, notamment pour être utilisé ultérieurement par exemple dans le premier mode de réalisation. Par « recharger », on entend ici que le matériau à changement de phase passe par exemple de la phase liquide à la phase solide.
Troisième mode de fonctionnement :
La figure 7 montre le fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 selon un troisième mode de fonctionnement. Dans ce troisième mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule dans :
• le premier compresseur 3a à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression, • le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel il perd de la chaleur, • le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression, • le deuxième échangeur de chaleur 9 au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier compresseur 3a.
La figure 8 montre quant à elle un diagramme de l’évolution de la pression (exprimée en Pa) et de l’enthalpie (exprimée en kJ/kg) du fluide réfrigérant lors dans ce troisième mode de fonctionnement.
Dans ce troisième mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant passe tout d’abord dans le premier compresseur 3a en sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression dite haute pression, comme illustré par la courbe 300a du diagramme de la figure 8.
Le fluide réfrigérant passe ensuite par le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel le fluide réfrigérant perd de la chaleur, notamment au profit du flux d’air externe 100, comme illustré par la courbe 500 du diagramme de la figure 8.
Le fluide réfrigérant traverse ensuite le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression, dite basse pression, comme illustré par la courbe 700 du diagramme de la figure 8. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le deuxième échangeur de chaleur 9 au niveau duquel il absorbe de la chaleur, comme illustré par la courbe 900 du diagramme de la figure 8, avant de rejoindre le premier compresseur 3a.
Dans ce troisième mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant ne circule pas dans la première branche de circulation B. Pour cela, le deuxième dispositif de détente 11 peut par exemple être fermé et bloquer la circulation du fluide réfrigérant.
Le fluide réfrigérant ne circule pas non plus dans la deuxième branche de circulation C. Pour cela, le troisième dispositif de détente 17 peut par exemple être fermé et bloquer la circulation du fluide réfrigérant.
Dans le cas où le circuit de gestion thermique 1 comporte un échangeur de chaleur interne 13, ce dernier n’a pas d’effet du fait que le fluide réfrigérant ne circule pas dans la première branche de circulation B.
Ce troisième mode de fonctionnement permet de concentrer la capacité de refroidissement du circuit de gestion thermique 1 vers le refroidissement du flux d’air interne 200. Ce refroidissement du flux d’air interne 200 est réalisé uniquement par le deuxième échangeur de chaleur 9. Cela permet par exemple un refroidissement rapide de l’habitacle du véhicule automobile.
Dans le cas où le deuxième échangeur de chaleur 9 comporte un matériau à changement de phase, ce dernier peut être « rechargé » dans ce deuxième mode de fonctionnement, notamment pour être utilisé ultérieurement par exemple dans le premier mode de réalisation. Par « recharger », on entend ici que le matériau à changement de phase passe par exemple de la phase liquide à la phase solide.
Ainsi, on voit bien que du fait de son architecture et des différents modes de fonctionnement permis par cette même architecture, le circuit de gestion thermique permet un refroidissement conjoint entre celui des batteries, notamment en chargement rapide, et de l’habitacle.
De plus, le fait d’avoir un premier 3a et un deuxième 3b compresseur permet d’améliorer le coefficient de performance du circuit de gestion thermique. Le premier 3a et le deuxième 3b compresseur peuvent notamment avoir des puissances différentes permettant une meilleure adaptation aux besoins. Le premier compresseur 3a peut notamment être de puissance supérieure au deuxième compresseur 3b. En effet, le fluide réfrigérant circulant dans la première branche de circulation B en aval du deuxième dispositif de détente 11 est à une deuxième pression supérieure à la troisième pression du fluide réfrigérant en sortie du premier 7 ou du troisième 11 dispositif de détente. La puissance nécessaire pour passer de la deuxième à la première pression par le deuxième compresseur 3b est donc inférieure à celle nécessaire au première compresseur 3A pour passer de la troisième pression à la première pression. Ainsi, selon les besoin, et le mode de fonctionnement, seul le compresseur le plus adapté est utilisé, la consommation électrique est donc diminuée et le coefficient de performance amélioré.

Claims (8)

1. Circuit de gestion thermique (1) d’un véhicule automobile électrique ou hybride dans lequel circule un fluide réfrigérant, ledit circuit de gestion thermique (1) comportant une boucle principale (A) comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant :
° un premier compresseur (3a), ° un premier échangeur de chaleur (5) destiné à être traversé par un flux d’air externe (100), ° un premier dispositif de détente (7), et ° un deuxième échangeur de chaleur (9) destiné à être traversé par le flux d’air interne (200), ledit circuit de gestion thermique (1) comportant une première branche de circulation (B) reliant un premier point de jonction (31) disposé en aval du premier échangeur de chaleur (5), entre ledit premier échangeur de chaleur (5) et le premier dispositif de détente (7), à un deuxième point de jonction (32) disposé en aval du premier compresseur (3a), entre ledit premier compresseur (3a) et le premier échangeur de chaleur (5), ladite première branche de circulation (B) comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant :
° un deuxième dispositif de détente (11), ° un troisième échangeur de chaleur (15) permettant les échanges de chaleur avec un flux d’air interne (200), ° un quatrième échangeur de chaleur (19) destiné à être en relation avec les batteries du véhicule automobile électrique ou hybride, et ° un deuxième compresseur (3b), ledit circuit de gestion thermique (1) comportant une deuxième branche de circulation (C) reliant un troisième point de jonction (33) disposé sur la première branche de circulation (B) en aval du quatrième échangeur de chaleur (19), entre ledit quatrième échangeur de chaleur (19) et le deuxième compresseur (3b), à un quatrième point de jonction (34) disposé sur la boucle principale (A) en aval du deuxième échangeur de chaleur (9), entre ledit deuxième échangeur de chaleur (9) et le premier compresseur (3a), ladite deuxième branche de circulation (C) comportant un troisième dispositif de détente (17).
2. Circuit de gestion thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième échangeur de chaleur (15) est un échangeur de chaleur bifluide disposé conjointement sur la première branche de circulation (B) et sur une boucle de circulation (D) d’un fluide caloporteur, ladite boucle de circulation (D) comportant une pompe (21), ledit troisième échangeur de chaleur (15) et un cinquième échangeur de chaleur (23) destiné à être traversé par le flux d’air interne (200).
3. Circuit de gestion thermique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième échangeur de chaleur (15) est destiné à être traversé par le flux d’air interne (200).
4. Circuit de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième échangeur de chaleur (9) comporte en outre un matériau à changement de phase.
5. Circuit de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un échangeur de chaleur interne (13) permettant les échanges de chaleur entre le fluide réfrigérant en sortie du deuxième dispositif de détente (11) et le fluide réfrigérant circulant entre le premier point de jonction (31) et le premier dispositif de détente (7).
6. Circuit de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il est configuré dans un premier mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
° le deuxième compresseur (3b) à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression, ° le premier échangeur de chaleur (5) au niveau duquel il perd de la chaleur, ° le deuxième dispositif de détente (11) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une deuxième pression, ° le troisième échangeur de chaleur (15), et ° le quatrième échangeur de chaleur (9) avant de rejoindre le deuxième compresseur (3b).
7. Circuit de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il est configuré dans un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
° le premier compresseur (3a) à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression, ° le premier échangeur de chaleur (5) au niveau duquel il perd de la chaleur, ° une première partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation (B) et traverse le deuxième dispositif de détente (11) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une deuxième pression, le troisième échangeur de chaleur (15), le quatrième échangeur de chaleur (9), la deuxième branche de circulation (C) et le troisième dispositif de détente (17) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression, inférieure à la deuxième pression, ° une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par le premier dispositif de détente (7) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à la troisième pression, le fluide réfrigérant traverse ensuite le deuxième échangeur de chaleur (9) au niveau duquel il absorbe de la chaleur, les deux parties de fluide réfrigérant se rejoignant au niveau du quatrième point de jonction avant de rejoindre le premier compresseur (3a).
8. Circuit de gestion thermique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il est configuré dans un troisième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
° le premier compresseur (3a) à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression, ° le premier échangeur de chaleur (5) au niveau duquel il perd de la chaleur, ° le premier dispositif de détente (7) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression, le deuxième échangeur de chaleur (9) au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier compresseur (3a).
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