FR3129629A1 - Système de gestion thermique pour habitacle de véhicule et procédé de gestion thermique mis en œuvre par un tel système - Google Patents

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Michael Lissner
Morane CHAUMETTE
Yvan Lechat
Mohamed Amine Boubaker
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Abstract

Système de gestion thermique (100) pour habitacle de véhicule, comprenant : Un dispositif de climatisation (3) comportant au moins une sortie d’air traité thermiquement et un circuit de circulation d’un fluide caloporteur, ledit dispositif de climatisation comportant un dispositif de chauffage, ventilation et d’air conditionné, Un dispositif d’échange thermique secondaire (4), Une unité de traitement (10) configurée pour :Acquérir une donnée représentative de la température extérieure,Calculer une température cible du fluide caloporteur en fonction de la donnée représentative de la température extérieure, puisFaire fonctionner le dispositif de climatisation (3) de sorte que le fluide caloporteur atteigne ladite température cible, de sorte que l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation apporte une charge thermique déterminée en fonction de la donnée représentative de la température extérieure, Faire fonctionner le dispositif d’échange thermique secondaire (4) à une puissance prédéterminée de sorte à apporter une charge thermique secondaire complémentaire à la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la sortie, de manière à obtenir une charge thermique globale souhaitée. Figure d’abrégé : Fig. 2

Description

Système de gestion thermique pour habitacle de véhicule et procédé de gestion thermique mis en œuvre par un tel système
L’invention concerne un système de gestion thermique pour un habitacle de véhicule, notamment de véhicule automobile. L’invention concerne également un procédé de gestion thermique mis en œuvre par un tel système de gestion thermique.
Avec la part de marché grandissante des véhicules électriques, le besoin de réduire la consommation des véhicules est toujours plus important. Le confort habitacle est un consommateur important d’énergie.
Des dispositifs de climatisation comprenant un dispositif de chauffage, ventilation et d’air conditionnée aussi appelé HVAC, sont utilisés pour la climatisation des véhicules. Généralement, dans un dispositif de climatisation « classique », un fluide caloporteur passe par un circuit de fluide caloporteur comprenant un compresseur, un premier échangeur de chaleur, appelé condenseur, placé en contact avec un flux d'air extérieur au véhicule automobile pour libérer de la chaleur, un dispositif de détente et un deuxième échangeur de chaleur, appelé évaporateur, placé en contact avec un flux d'air intérieur du véhicule automobile pour le refroidir.
II existe également des architectures de dispositif de climatisation plus complexes qui permettent d'obtenir un dispositif de climatisation inversible, c'est à dire qu'il peut absorber de l'énergie calorifique dans l'air extérieur au niveau du premier échangeur de chaleur, appelé alors évapo-condenseur, et la restituer dans l'habitacle notamment au moyen d'un troisième échangeur de chaleur dédié. Dans ce cas, le dispositif de climatisation fonctionne comme une pompe à chaleur.
Les dispositifs de climatisation sont conçus pour permettre des températures intérieures d’un habitacle conférant un confort thermique aux passagers du véhicule, notamment une température entre 17 et 27°C. Le confort thermique des passagers est assuré par ce dispositif de climatisation comportant au moins un circuit de fluide caloporteur dans lequel circulent des fluides caloporteurs standards. Le confort thermique est traditionnellement obtenu en agissant sur le débit, la température, l’humidité et l’orientation de l’air traité thermiquement en sortie du dispositif de climatisation. Toutefois, à des températures extérieures froides ces dispositifs sont très consommateurs d’énergie.
L’apport d’énergie par une autre source de chaleur permet de réduire l’appel de puissance du dispositif de climatisation. Ainsi, il est possible de combiner ce dispositif de climatisation avec d’autres éléments comme des chauffages d’appoint électriques tels que des radiateurs dits PTC utilisés comme radiateurs électriques supplémentaires. Cependant, de tels éléments peuvent également être énergivores en électricité et augmenter fortement la consommation énergétique du véhicule. De tels systèmes ne règlent donc pas le problème de forte consommation en énergie du véhicule.
En parallèle, d’autres sources thermiques secondaires les surfaces intérieures de la cabine, telles que les vitrages, la planche de bord, le volant ou encore les sièges, participent aussi au confort thermique par contact ou rayonnement. Ces éléments peuvent être équipés de dispositif de chauffage afin d’améliorer le confort thermique en hiver. Il est alors nécessaire d’optimiser la répartition énergétique entre ces sources secondaires et le dispositif de climatisation pour assurer le confort optimal des passagers tout en diminuant la consommation énergétique du véhicule.
Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un système de gestion thermique amélioré assurent un confort optimal des passagers tout en réduisant la consommation énergétique du véhicule.
La présente invention a ainsi pour objet un système de gestion thermique pour habitacle de véhicule, comprenant :
  • Un dispositif de climatisation comportant au moins une sortie d’air traité thermiquement et un circuit de circulation d’un fluide caloporteur, ledit dispositif de climatisation comportant un dispositif de chauffage, ventilation et d’air conditionné,
  • Un dispositif d’échange thermique secondaire,
  • Une unité de traitement configurée pour :
    • Acquérir une donnée représentative de la température extérieure,
    • Calculer une température cible du fluide caloporteur en fonction de la donnée représentative de la température extérieure, puis
    • Faire fonctionner le dispositif de climatisation de sorte que le fluide caloporteur atteigne ladite température cible, de sorte que l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation apporte une charge thermique déterminée en fonction de la donnée représentative de la température extérieure,
    • Faire fonctionner le dispositif d’échange thermique secondaire à une puissance prédéterminée de sorte à apporter une charge thermique secondaire complémentaire à la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la sortie, de manière à obtenir une charge thermique globale souhaitée.
Par charge thermique on entend la quantité de chaleur. La charge thermique apportée par l’air traité thermiquement correspond ainsi à la quantité de chaleur apportée par l’air traité thermiquement à l’issu de la sortie du dispositif de climatisation, la charge thermique apportée par le dispositif d’échange thermique secondaire correspond à la quantité de chaleur apportée par ledit dispositif d’échange thermique secondaire.
Dans un aspect selon l’invention, la charge thermique globale correspond à la somme de la charge thermique apportée par le dispositif de climatisation, de la charge thermique apportée par le dispositif d’échange thermique secondaire et de la charge thermique apportée par toutes les sources d’échanges thermiques présentent dans le véhicule, notamment les vitrages du véhicule.
La charge thermique globale souhaitée correspond à la charge thermique nécessaire pour assurer le confort thermique d’au moins un passager dans l’habitacle en fonction de la donnée représentative de la température extérieure.
Un indice de confort thermique est par exemple une donnée représentative du confort thermique des passagers.
L’indice de confort thermique exprime un ressenti thermique global (ie. sur l’ensemble du corps) ou local (ie. sur une zone du corps) du passager et dépend notamment :
  • de la chaleur à extraire du corps, qu’elle soit produite, absorbée ou apportée sur la zone concernée, notamment du fait de l’activité métabolique,
  • de la chaleur échangée avec l’environnement extérieur, que ce soit par convection, rayonnement infrarouge, contact, respiration ou sudation, en particulier du fait de la mise en œuvre de dispositifs d’échange thermique.
Pour assurer le confort thermique d’au moins un passager, une stratégie est de réaliser et maintenir une neutralité thermique, c’est-à-dire avoir la chaleur à extraire égale à la chaleur échangée, avec une température de peau du passager de confort. L’objectif est alors d’avoir un indice de confort thermique égal à zéro.
Par puissance prédéterminée, on entend la puissance à laquelle le dispositif d’échange thermique secondaire apporte une charge thermique secondaire qui compense la diminution de charge thermique apportée par l’air traité thermiquement à l’issu de la sortie du dispositif de climatisation pour atteindre la charge thermique globale souhaitée.
Par température cible de fluide caloporteur, on entend la température de fluide caloporteur pour laquelle l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation apporte une charge thermique déterminée en fonction de la donnée représentative de la température extérieure.
Dans un aspect selon l’invention, le dispositif de climatisation est un dispositif de climatisation inversible. Par inversible, on entend que le circuit de fluide caloporteur est apte à pouvoir refroidir ou réchauffer l’air à traiter thermiquement l’issu de la sortie du dispositif de climatisation selon les besoins.
Dans un aspect selon l’invention, le dispositif de climatisation est configuré pour fonctionner comme une pompe à chaleur. On entend par là un dispositif qui peut absorber de l'énergie calorifique dans l'air extérieur au niveau du premier échangeur de chaleur, appelé alors évapo-condenseur, et la restituer dans l'habitacle notamment au moyen d'un troisième échangeur de chaleur dédié.
Dans un aspect selon l’invention, le dispositif de climatisation est configuré pour fonctionner comme une pompe à chaleur directe.
Dans un aspect selon l’invention, le dispositif de climatisation est configuré pour fonctionner comme une pompe à chaleur indirecte.
On entend par pompe à chaleur indirecte un dispositif de climatisation dans lequel le circuit de climatisation comporte deux boucles de circulation de deux fluides distincts (comme par exemple un fluide réfrigérant et d’un fluide caloporteur) afin d'effectuer les différents échanges de chaleur. Le circuit de climatisation comprend ainsi une première boucle de fluide réfrigérant dans laquelle circule un fluide réfrigérant, une deuxième boucle de fluide caloporteur dans laquelle circule un fluide caloporteur, et un échangeur de chaleur bi-fluide agencé conjointement sur la première boucle de fluide réfrigérant et sur la deuxième boucle de fluide caloporteur, de façon à permettre les échanges de chaleur entre lesdites boucles.
Dans un aspect selon l’invention, la pompe à chaleur indirecte comprend :
  • une première boucle de fluide réfrigérant dans laquelle circule un fluide réfrigérant, ladite première boucle de fluide réfrigérant comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant :
    • un compresseur,
    • un premier échangeur de chaleur bifluide,
    • un premier dispositif de détente,
    • un premier échangeur de chaleur étant destiné à être traversé par un flux d’air intérieur au véhicule automobile,
    • un deuxième dispositif de détente,
    • un deuxième échangeur de chaleur étant destiné à être traversé par un flux d’air extérieur au véhicule automobile, et
    • une première conduite de contournement du deuxième échangeur de chaleur comportant une première vanne d’arrêt,
  • une deuxième boucle de fluide caloporteur dans laquelle circule un fluide caloporteur,
  • le premier échangeur de chaleur bifluide étant agencé conjointement sur la première boucle de fluide réfrigérant en aval du compresseur, entre ledit compresseur et le premier dispositif de détente, et sur la deuxième boucle de fluide caloporteur, de façon à permettre les échanges de chaleur entre la première boucle de fluide réfrigérant et la deuxième boucle de fluide caloporteur,
  • un premier échangeur de chaleur interne, permettant un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en sortie du premier échangeur de chaleur bifluide et le fluide réfrigérant à basse pression en sortie du deuxième échangeur de chaleur ou de la première conduite de contournement,
  • un deuxième échangeur de chaleur interne permettant un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en sortie du premier échangeur de chaleur interne et le fluide réfrigérant à basse pression circulant dans la première conduite de contournement,
  • une deuxième conduite de contournement du premier dispositif de détente et du premier échangeur de chaleur, ladite deuxième conduite de contournement comportant un troisième dispositif de détente disposé en amont d’un deuxième échangeur de chaleur bifluide également agencé conjointement sur une boucle de gestion thermique secondaire.
Dans un aspect selon l’invention, la deuxième conduite de contournement est connectée d’une part en amont du premier dispositif de détente et d’autre part sur la conduite de contournement, en amont de la première vanne d’arrêt et du deuxième échangeur de chaleur interne.
Selon un autre aspect de l’invention, la deuxième conduite de contournement est connectée d’une part en amont du premier dispositif de détente et d’autre part sur la conduite de contournement, en amont du deuxième échangeur de chaleur et en aval de la première vanne d’arrêt.
Selon un autre aspect de l’invention, la deuxième conduite de contournement est connectée d’une part en amont du premier dispositif de détente et d’autre part en aval du deuxième dispositif de détente, entre ledit deuxième dispositif de détente et le premier échangeur de chaleur interne.
Selon un autre aspect de l’invention, la première boucle de fluide réfrigérant comporte une conduite de dérivation connectée d’une part sur la première conduite de contournement, en amont de la vanne d’arrêt du deuxième échangeur de chaleur et d’autre part en amont du troisième dispositif de détente entre ledit troisième dispositif de détente et une deuxième vanne d’arrêt, ladite conduite de dérivation comportant une troisième vanne d’arrêt.
Selon un autre aspect de l’invention, la deuxième boucle de fluide caloporteur comporte :
  • le premier échangeur de chaleur bifluide,
  • une première conduite de circulation de fluide caloporteur comportant un troisième échangeur de chaleur destiné à être traversé par un flux d’air intérieur au véhicule automobile, et reliant un premier point de jonction disposé en aval du premier échangeur de chaleur bifluide et un deuxième point de jonction disposé en amont dudit premier échangeur de chaleur bifluide,
  • une deuxième conduite de circulation de fluide caloporteur comportant un quatrième échangeur de chaleur destiné à être traversé par un flux d’air extérieur au véhicule automobile, et reliant le premier point de jonction disposé en aval du premier échangeur de chaleur bifluide et le deuxième point de jonction disposé en amont dudit premier échangeur de chaleur bifluide, et
  • une pompe disposée en aval ou en amont du premier échangeur de chaleur bifluide, entre le premier point de jonction et le deuxième point de jonction.
Dans un aspect selon l’invention, le dispositif d’échange thermique secondaire comprend un dispositif d’échange thermique radiatif à rayons infrarouge.
Dans un aspect selon l’invention, le dispositif d’échange thermique secondaire comprend un dispositif d’échange thermique par contact.
Dans un aspect selon l’invention, le dispositif d’échange thermique secondaire est situé dans l’habitacle, par exemple de manière non limitative sur le volant, au-dessus des vitrages (passager et/ou conducteur), au-dessus du parebrise, au niveau de la face intérieure du toit du véhicule, sur l’accoudoir (passager et/ou conducteur), dans une portière du véhicule, au niveau de la planche de bord, sous les pieds des passages et/ou conducteur.
Dans un aspect selon l’invention, le dispositif d’échange thermique secondaire comprend au moins un panneau radiant.
Par panneau radiant, on entend une surface chauffant les passagers par rayonnement infrarouge tout en réchauffant l’air situé à l’intérieur de l’habitacle par convection. Un panneau radiant selon l’invention comprend un réseau d’électrodes insérées dans une couche résistive dudit panneau, le réseau d’électrodes étant agencé pour générer des zones de chauffage qui sont des zones de la couche résistive qui peuvent être parcourues par un courant électrique circulant entre deux électrodes du réseau. Le circuit électrique est ainsi configuré pour délivrer de la chaleur par effet Joule en alimentant avec du courant électrique des éléments résistifs. Ces éléments résistifs peuvent être filaires ou surfaciques. Le panneau radiant peut comporter une couche de décoration assemblée sur une face de la couche résistive. La couche de décoration comporte par exemple un tissu, un cuir ou un bois.
Dans un aspect selon l’invention, la température cible du fluide caloporteur est inférieure à 60°C, de préférence inférieure à 55°C, de préférence inférieure à 50°C, de préférence égale à 45°C lorsque la donnée représentative de la température extérieure acquise par l’unité de traitement est de -7°C.
Dans un aspect selon l’invention, lorsque la donnée représentative de la température extérieure acquise par l’unité de traitement est de -7°C, l’unité de traitement est configurée pour :
  • Réduire la température du fluide caloporteur circulant dans le dispositif de climatisation fonctionnant comme une pompe à chaleur de 65°C à 45°C, de manière à réduire la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la sortie dudit dispositif de climatisation,
  • Augmenter la puissance du dispositif d’échange thermique secondaire de manière à atteindre la puissance prédéterminée et de sorte à apporter une charge thermique secondaire complémentaire à la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation, de manière à obtenir la charge thermique globale souhaitée.
Dans un aspect selon l’invention, la puissance prédéterminée du dispositif d’échange thermique secondaire est comprise entre 0,5 et 4kW, de préférence de 3kW.
Dans un aspect selon l’invention, la puissance du dispositif d’échange thermique secondaire se stabilise après avoir atteint la valeur de la puissance prédéterminée. Par exemple, la valeur de la puissance une fois stabilisée est comprise entre 2kW et 500W, de préférence comprise entre 1kW et 750W.
Dans un aspect selon l’invention, le système de gestion thermique comprend au moins un capteur apte à mesurer la donnée représentative de la température extérieure et à communiquer avec l’unité de traitement.
Dans un aspect selon l’invention, l’unité de commande est configurée pour communiquer avec un serveur distant configuré pour lui transmettre la donnée représentative de la température extérieure en fonction de la localisation dans laquelle se trouve le véhicule. Ce serveur distant est couramment appelé « Cloud » en anglais.
Dans un aspect selon l’invention, la charge thermique apportée par le dispositif de climatisation dépend de la température d’air traité thermiquement à la sortie du dispositif de climatisation, ladite température d’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation dépendant elle-même de la température de fluide caloporteur circulant au sein du dispositif de climatisation. Ainsi, en fonction de la donnée représentative de la température extérieure acquise par l’unité de traitement, l’unité de traitement fait fonctionner le dispositif de climatisation de manière à réduire la température du fluide caloporteur à une valeur cible de température dudit fluide, et ainsi à réduire la température d’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation et donc la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement. Ceci permet notamment de réduire l’appel de puissance du dispositif de climatisation, et donc de réduire sa consommation énergétique.
Dans un aspect selon l’invention, l’unité de traitement est configurée pour faire fonctionner le dispositif de climatisation de manière à ce que le débit du flux d’air traité thermiquement atteigne une valeur prédéterminée de débit dudit flux d’air, de sorte que l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation apporte une charge thermique déterminée en fonction de la donnée représentative de la température extérieure.
Dans un aspect selon l’invention, la charge thermique apportée le dispositif de climatisation dépend du débit du flux d’air traité thermiquement à la sortie du dispositif de climatisation. De cette manière, en fonction de la donnée représentative de la température extérieure l’unité de traitement fait fonctionner le dispositif de climatisation de manière à réduire le débit du flux d’air traité thermiquement en sortie dudit dispositif à une valeur prédéterminée de débit dudit flux d’air, et ainsi à réduire la température d’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation et donc la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement. Ceci permet notamment de réduire l’appel de puissance du dispositif de climatisation, et donc de réduire sa consommation énergétique.
Dans un aspect selon l’invention, la charge thermique secondaire complémentaire apportée pas le dispositif d’échange thermique secondaire dépend de la puissance dudit dispositif d’échange thermique secondaire. De cette manière, en fonction de la donnée représentative de la température extérieure, l’unité de traitement fait fonctionner le dispositif d’échange thermique secondaire de manière à augmenter la puissance dudit dispositif d’échange thermique secondaire, et ainsi augmenter la charge thermique secondaire apportée par ledit dispositif d’échange thermique secondaire. Ceci permet de compenser la diminution de charge thermique apportée par l’air traité thermiquement à la sortie du dispositif de climatisation tout en réduisant la consommation énergétique du véhicule. Ainsi, le confort thermique des passagers du véhicule est assuré tout en réduisant la consommation énergétique du véhicule.
Dans un aspect selon l’invention, l’unité de traitement est configurée pour faire fonctionner simultanément le dispositif de climatisation de sorte à ce que l’air traité thermiquement issu de la sortie apporte une charge thermique déterminée en fonction de la donnée représentative de la température extérieure et le dispositif d’échange thermique secondaire à une puissance prédéterminée de manière à apporter une charge thermique secondaire complémentaire à la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation, de sorte à obtenir une charge thermique globale souhaitée.
Dans un aspect selon l’invention, l’unité de traitement est configurée pour faire fonctionner séquentiellement le dispositif de climatisation de sorte à ce que l’air traité thermiquement issu de la sortie apporte une charge thermique déterminée en fonction de la donnée représentative de la température extérieure et le dispositif d’échange thermique secondaire à une puissance prédéterminée de manière à apporter une charge thermique secondaire complémentaire à la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation, de sorte à obtenir une charge thermique globale souhaitée.
Dans un aspect selon l’invention, le véhicule est choisi parmi un véhicule terrestre, notamment une automobile, un bus, un camion ou un train, un véhicule marin, notamment un bateau ou un sous-marin, un véhicule aérien, notamment un avion, un hélicoptère ou un drone. De préférence, le véhicule est un véhicule automobile. De préférence, le véhicule automobile est un véhicule automobile électrique ou hybride.
La présente invention porte également sur un procédé de gestion thermique mis en œuvre dans le système de gestion thermique décrit précédemment.
Le procédé selon l’invention est un procédé de gestion du confort thermique pour un habitacle de véhicule, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
  • Acquérir une donnée représentative de la température extérieure,
  • Calculer en fonction d’une donnée représentative de la température extérieure une température cible d’un fluide caloporteur, ledit fluide caloporteur étant compris dans un circuit de fluide caloporteur d’un dispositif de climatisation, puis
  • Faire fonctionner ledit dispositif de climatisation de sorte que le fluide caloporteur atteigne ladite température cible, de sorte que l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation apporte une charge thermique déterminée en fonction de la donnée représentative de la température extérieure,
  • Faire fonctionner un dispositif d’échange thermique secondaire à une puissance prédéterminée de sorte à apporter une charge thermique secondaire complémentaire à la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation, de manière à obtenir une charge thermique globale souhaitée.
Ledit procédé selon l’invention est mis en œuvre par le système décrit précédemment.
Enfin, la présente invention porte sur un véhicule comprenant le système de gestion thermique tel que décrit précédemment.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, fournie à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels :
La est une représentation schématique d’un véhicule comprenant un dispositif de climatisation et un habitacle de véhicule comprenant au moins un dispositif d’échange thermique secondaire,
La est une représentation schématique du système de gestion thermique selon l’invention,
La est une représentation graphique de l’évolution de la température du fluide caloporteur circulant dans un dispositif de climatisation en fonction du temps en présence ou non du système de gestion thermique selon l’invention,
La est une représentation graphique de l’évolution du confort thermique d’au moins un passager dans l’habitacle d’un véhicule en présence ou en absence du système de gestion thermique selon l’invention en fonction du temps,
La est une représentation graphique de l’évolution de la consommation énergétique de l’habitacle d’un véhicule automobile en présence ou absence du système de gestion thermique selon l’invention en fonction du temps,
La est une représentation graphique de l’évolution de la consommation énergétique d’un véhicule automobile en présence ou absence du système de gestion thermique selon l’invention en fonction du temps.
Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence.
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 inter-changées 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 inter-changer 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 tel ou tel critère.
La représente un habitacle 8 de véhicule automobile. Cet habitacle 8 comprend un siège conducteur 1, un siège passager 2. Il peut comprendre d’autres sièges passagers avant ou arrière. Le véhicule comprend un dispositif de climatisation 3, ledit dispositif comporte un circuit de fluide caloporteur et un HVAC (non représentés ici). Des sorties 5 d’air traité thermiquement, notamment une sortie d’air pieds 5a, et une sortie d’air tête 5b, permettent à l’air traité thermiquement dans le dispositif de climatisation 3 d’être soufflé dans l’habitacle 8. L’utilisateur peut orienter le flux d’air traité thermiquement selon son besoin, et régler la température de l’air soufflé à l’aide d’une commande. L’habitacle 8 comprend également un dispositif d’échange thermique secondaire 4, ici des panneaux radiants à rayons infrarouge 4a et 4b. Ces panneaux radiants sont situés dans cet exemple au-dessus des vitrages passager et conducteur (dispositif 4b) et sous les pieds du passager et du conducteur (dispositif 4a). Les panneaux radiants pourraient être placés à n’importe quel endroit à l’intérieur de l’habitacle 8.
La représente le système de gestion thermique 100 selon l’invention. Le système de gestion thermique 100 comprend :
  • Un dispositif de climatisation 3 comportant au moins une sortie d’air traité thermiquement et un circuit de circulation d’un fluide caloporteur, ledit dispositif de climatisation 3 comportant un dispositif de chauffage, ventilation et d’air conditionné,
  • Un dispositif d’échange thermique secondaire 4,
  • Une unité de traitement 10 configurée pour :
    • Acquérir une donnée représentative de la température extérieure, fournie dans cet exemple par un capteur configuré pour mesurer la température 9,
    • Calculer une température cible du fluide caloporteur en fonction de la donnée représentative de la température extérieure, puis
    • Faire fonctionner le dispositif de climatisation 3 de sorte que le fluide caloporteur atteigne ladite température cible, de sorte que l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation apporte une charge thermique déterminée en fonction de la donnée représentative de la température extérieure,
    • Faire fonctionner le dispositif d’échange thermique secondaire 4 à une puissance prédéterminée de sorte à apporter une charge thermique secondaire complémentaire à la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation 3, de manière à obtenir une charge thermique globale souhaitée.
De manière alternative, la donnée représentative de la température extérieure peut être transmise par un serveur distant configuré pour transmettre la donnée représentative de la température extérieure en fonction de la localisation dans laquelle se trouve le véhicule, un tel serveur est appelé couramment « Cloud » en anglais.
Le dispositif de climatisation 3 est dans ce mode de réalisation configuré pour fonctionner comme une pompe à chaleur indirecte. De manière alternative, le dispositif de climatisation 3 peut être configuré pour fonctionner comme une pompe à chaleur directe.
Dans cet exemple, le dispositif d’échange thermique secondaire 3 est constitué d’au moins un panneau radiant.
La charge thermique globale souhaitée correspond ici à la quantité de chaleur nécessaire pour assurer le confort thermique aux passagers de l’habitacle du véhicule. La charge thermique prend notamment en compte la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement par le dispositif de climatisation 3 et la charge thermique apportée par le dispositif d’échange thermique secondaire 4, ici des panneaux radiants.
La température cible du fluide caloporteur est ici calculée de manière à ce que l’air traité thermiquement en sortie du dispositif de climatisation apporte une charge thermique déterminée en fonction de la donnée représentative de la température extérieure.
La puissance prédéterminée du dispositif d’échange thermique secondaire 4 correspond ici à la puissance nécessaire pour apporter une charge thermique secondaire complémentaire à la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation 3, de manière à obtenir la charge thermique globale souhaitée.
Par exemple, lorsque la donnée représentative de la température extérieure est de -7°C, la température du fluide caloporteur circulant dans le dispositif de climatisation fonctionnant comme une pompe à chaleur 3 est de 65°C en absence du système de gestion thermique 100 selon l’invention. L’appel de puissance du dispositif de climatisation 3 est alors très fort. En présence du système de gestion thermique 100 selon l’invention, lorsque l’unité de traitement 10 acquière une donnée représentative de la température extérieure égale à -7°C, ladite unité de traitement est configurée pour
  • Calculer une température cible du fluide caloporteur de 45°C, puis
  • Faire fonctionner le dispositif de climatisation 3 de sorte que la température du fluide caloporteur passe de 65°C à 45°C, de sorte que l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation apporte une charge thermique réduite,
  • Faire fonctionner le dispositif d’échange thermique secondaire 4 constitué d’au moins un panneau radiant à une puissance prédéterminée de sorte à apporter une charge thermique secondaire complémentaire à la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation 3, de manière à obtenir la charge thermique globale souhaitée.
Les figures 3, 4, 5 et 6 sont des représentations de résultats obtenus lors d’essai sur cycle WLTP, pour Worldwide Light Vehicles Test Procedures, soit en français « procédure d’essai mondiale harmonisée pour les véhicules légers » à -7°C. Cette procédure est une norme d'essais d'homologation des véhicules qui permet de mesurer la consommation de carburant, l'autonomie électrique et les rejets de CO2et de polluants.
La représente l’évolution de la température du fluide caloporteur circulant dans un dispositif de climatisation fonctionnant comme une pompe à chaleurlors d’un essai WLTP à -7°C en absence ou en présence d’un système de gestion thermique selon l’invention comprenant un dispositif de climatisation 3 fonctionnant comme pompe à chaleur 3, un dispositif d’échange thermique secondaire 4 constitué d’au moins un panneau radiant et une unité de traitement telle que décrite précédemment. La courbe 11 représente la température de fluide caloporteur d’une pompe à chaleur en absence du système de gestion thermique. La température de fluide caloporteur monte rapidement à 65°C et reste à 65°C pendant tout l’essai. La courbe 12 représente l’évolution de la température de fluide caloporteur en présence du système de gestion thermique selon l’invention. Pour une température initiale de fluide caloporteur de 65°C, l’unité de traitement calcule une température cible de fluide caloporteur de 45°C et fait fonctionner la pompe à chaleur 3 de sorte que la température du fluide caloporteur atteigne rapidement la température cible de 45°C.
La représente l’évolution de l’indice de confort thermique en fonction du temps en absence ou en présence du système de gestion thermique selon l’invention tel que décrit en lors d’un essai WLTP à -7°C.
La gestion thermique du véhicule peut être assurée en réalisant et maintenant la neutralité thermique, c’est-à-dire avoir une chaleur à extraire égale à la chaleur échangée, avec une température de peau de confort. L’objectif est alors d’avoir un indice de confort thermique égale à zéro.
La courbe 14 représente l’évolution de l’indice de confort thermique en fonction du temps en absence du système de gestion thermique selon l’invention. La courbe 13 représente l’évolution de l’indice de confort thermique en fonction du temps en présence du système de gestion thermique selon l’invention. En présence du système de gestion thermique selon l’invention, l’indice de confort thermique zéro est atteint rapidement. La neutralité thermique est donc rapidement atteinte et le confort thermique des passagers est assuré. Ainsi, la charge thermique apportée par le dispositif d’échange thermique secondaire constitué d’au moins un panneau radiant compense la diminution de charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la pompe à chaleur 3 due à la diminution de la température de fluide caloporteur. La charge thermique globale souhaitée est atteinte, assurant ainsi le confort des passagers.
Les figures 5 et 6 représentent l’évolution de la consommation énergétique de l’habitacle et du véhicule au cours du temps en absence ou en présence du système de gestion thermique selon l’invention tel que décrit en lors d’un essai WLTP à -7°C.
La courbe 15 de la est une représentation graphique de l’évolution de la consommation énergétique de l’habitacle au cours du temps en absence du système de gestion thermique selon l’invention. La courbe 16 est une représentation graphique de l’évolution de la consommation énergétique dans l’habitacle au cours du temps en présence du système de gestion thermique selon l’invention lorsqu’il n’y a qu’un seul passager dans l’habitacle. La courbe 17 est une représentation graphique de l’évolution de la consommation énergétique de l’habitacle au cours du temps en présence du système de gestion thermique selon l’invention lorsqu’il y a deux passagers dans l’habitacle. Il apparait clairement qu’en présence du système de gestion thermique selon l’invention la consommation énergétique de l’habitacle est significativement réduite au cours du temps lorsque l’habitacle est occupé par un passager (diminution de 35,5% entre la courbe 15 et la courbe 16) ou deux passagers (diminution de 25,2% entre la courbe 15 et la courbe 17) . Ceci s’explique notamment par le fait que la diminution de la température du fluide caloporteur de 65°C à 45°C et l’utilisation de panneaux radiants réduit l’appel de puissance de la pompe à chaleur 3 de 6kW à 3kW. Cette diminution d’appel de puissance entraine une diminution de la consommation énergétique par l’habitacle.
La courbe 18 de la est une représentation graphique de l’évolution de la consommation énergétique du véhicule au cours du temps en absence du système de gestion thermique selon l’invention. La courbe 20 est une représentation graphique de l’évolution de la consommation énergétique du véhicule au cours du temps en présence du système de gestion thermique selon l’invention lorsqu’il n’y a qu’un seul passager dans l’habitacle. La courbe 19 est une représentation graphique de l’évolution de la consommation énergétique de l’habitacle au cours du temps en présence du système de gestion thermique selon l’invention lorsqu’il y a deux passagers dans l’habitacle. Il apparait clairement qu’en présence du système de gestion thermique selon l’invention la consommation énergétique du véhicule est significativement réduite au cours du temps lorsque l’habitacle est occupé par un passager (diminution de 48,3% entre la courbe 18 et la courbe 20) ou deux passagers (diminution de 31,4% entre la courbe 18 et la courbe 19). Ceci s’explique notamment par le fait que la diminution de la température du fluide caloporteur de 65°C à 45°C et l’utilisation de panneaux radiants réduit l’appel de puissance de la pompe à chaleur de 6kW à 3kW. Cette diminution d’appel de puissance entraine une diminution de la consommation énergétique par le véhicule.
De plus, le système selon l’invention permet d’augmenter le coefficient de performance de la pompe à chaleur de 1,41 à 2,18. Par coefficient de performance on entend le ratio de charge thermique produite par le dispositif en fonction du travail fourni par ledit dispositif. Le compresseur compris dans la pompe à chaleur 3 a ainsi une plus longue durée de vie et la consommation énergétique est réduite.

Claims (10)

  1. Système de gestion thermique (100) pour habitacle de véhicule, comprenant :
    • Un dispositif de climatisation (3) comportant au moins une sortie d’air traité thermiquement et un circuit de circulation d’un fluide caloporteur, ledit dispositif de climatisation comportant un dispositif de chauffage, ventilation et d’air conditionné,
    • Un dispositif d’échange thermique secondaire (4),
    • Une unité de traitement (10) configurée pour :
      • Acquérir une donnée représentative de la température extérieure,
      • Calculer une température cible du fluide caloporteur en fonction de la donnée représentative de la température extérieure, puis
      • Faire fonctionner le dispositif de climatisation (3) de sorte que le fluide caloporteur atteigne ladite température cible, de sorte que l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation apporte une charge thermique déterminée en fonction de la donnée représentative de la température extérieure,
      • Faire fonctionner le dispositif d’échange thermique secondaire (4) à une puissance prédéterminée de sorte à apporter une charge thermique secondaire complémentaire à la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la sortie, de manière à obtenir une charge thermique globale souhaitée.
  2. Système de gestion thermique (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de climatisation (3) est configuré pour fonctionner comme une pompe à chaleur.
  3. Système de gestion thermique (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de climatisation (3) est configuré pour fonctionner comme une pompe à chaleur indirecte.
  4. Système de gestion thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d’échange thermique secondaire (4) comprend au moins un panneau radiant.
  5. Système de gestion thermique (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température cible du fluide caloporteur est inférieure à 60°C, notamment égale à 45°C lorsque la donnée représentative de la température extérieure acquise par l’unité de traitement (10) est de -7°C.
  6. Système de gestion thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lorsque la donnée représentative de la température extérieure acquise par l’unité de traitement (10) est de -7°C, l’unité de commande est configurée pour :
    • Réduire la température du fluide caloporteur de 65°C à 45°C, de manière à réduire la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation (3),
    • Augmenter la puissance du dispositif d’échange thermique secondaire (4) de manière à atteindre la puissance prédéterminée et de sorte à apporter une charge thermique secondaire complémentaire à la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la sortie de manière à obtenir une charge thermique globale souhaitée.
  7. Système de gestion thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation (3) dépend de la température d’air traité thermiquement à la sortie du dispositif de climatisation (3), ladite température d’air traité thermiquement dépendant elle-même de la température de fluide caloporteur circulant au sein du système de climatisation (3).
  8. Système de gestion thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement en sortie du dispositif de climatisation (3) dépend du débit d’air traité thermiquement en sortie du dispositif de climatisation.
  9. Système de gestion thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge thermique secondaire apportée par le dispositif d’échange thermique secondaire (4) dépend de la puissance dudit dispositif (4).
  10. Procédé de gestion du confort thermique pour un habitacle de véhicule, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
    1. Acquérir une donnée représentative de la température extérieure,
    2. Calculer en fonction d’une donnée représentative de la température extérieure une température cible d’un fluide caloporteur, ledit fluide caloporteur étant compris dans un circuit de fluide caloporteur d’un dispositif de climatisation, puis
    3. Faire fonctionner ledit dispositif de climatisation de sorte que le fluide caloporteur atteigne ladite température cible, de sorte que l’air traité thermiquement issu de la sortie du dispositif de climatisation apporte une charge thermique déterminée en fonction de la donnée représentative de la température extérieure,
    4. Faire fonctionner un dispositif d’échange thermique secondaire à une puissance prédéterminée de sorte à apporter une charge thermique secondaire complémentaire à la charge thermique apportée par l’air traité thermiquement issu de la sortie, de manière à obtenir une charge thermique globale souhaitée.
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Citations (4)

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