FR3132188A1 - Electric Fluid Heater - Google Patents

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FR3132188A1 FR2200556A FR2200556A FR3132188A1 FR 3132188 A1 FR3132188 A1 FR 3132188A1 FR 2200556 A FR2200556 A FR 2200556A FR 2200556 A FR2200556 A FR 2200556A FR 3132188 A1 FR3132188 A1 FR 3132188A1
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electrical
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Laurent DECOOL
Jonathan Fournier
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Abstract

Appareil de chauffage électrique de fluide L’invention concerne un appareil de chauffage électrique de fluide, notamment pour un véhicule tel qu’un véhicule automobile, comprenant : - une pluralité d’éléments électriques chauffants (4) agencés pour chauffer le fluide, - un dispositif de pilotage (8) agencé pour piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des éléments électriques chauffants (4), puis la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des autres éléments électriques chauffants, de sorte que le pilotage à l’aide de signaux PWM ne s’applique qu’à un seul des éléments électriques chauffants à la fois. Figure pour l’abrégé : Figure 2The invention relates to an electric fluid heating device, in particular for a vehicle such as a motor vehicle, comprising: - a plurality of electric heating elements (4) arranged to heat the fluid, - a control device (8) arranged to control, using PWM signals, the electric power applied to only one of the electric heating elements (4), then the electric power applied to only one of the other electric heating elements , so that control using PWM signals only applies to one of the electrical heating elements at a time. Figure for abstract: Figure 2

Description

Appareil de chauffage électrique de fluideElectric fluid heater

La présente invention concerne un appareil de chauffage électrique de fluide, notamment pour un véhicule.The present invention relates to an electric fluid heating device, in particular for a vehicle.

Le véhicule peut être de type terrestre, maritime ou aérien. Le véhicule peut être un véhicule automobile. Il pourra s’agir notamment d’un véhicule électrique ou hybride.The vehicle can be land, sea or air. The vehicle may be a motor vehicle. This could in particular be an electric or hybrid vehicle.

La présente invention se rapporte notamment aux domaines de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation de l’habitacle du véhicule et/ou de thermo-régulation d’une batterie.The present invention relates in particular to the areas of ventilation, heating and/or air conditioning of the vehicle passenger compartment and/or thermo-regulation of a battery.

Il est connu d’assurer le chauffage de l’air destiné au traitement thermique de l’habitacle d’un véhicule par échange de chaleur entre un flux d’air et un liquide caloporteur, par le biais d’un échangeur thermique. Dans le cas des véhicules hybrides ou électriques, on connait des appareils de chauffage électrique qui forment une source de calories et dans lesquels on fait circuler un courant électrique pour faire monter en température des éléments électriques chauffants mis au contact du liquide caloporteur. Il s’effectue alors un échange de calories entre les éléments électriques chauffants et le liquide caloporteur qui chauffe à son tour avant de chauffer l’habitacle grâce à l’échangeur.It is known to ensure the heating of the air intended for the thermal treatment of the passenger compartment of a vehicle by heat exchange between an air flow and a heat transfer liquid, by means of a heat exchanger. In the case of hybrid or electric vehicles, we know electric heating devices which form a source of calories and in which an electric current is circulated to raise the temperature of electrical heating elements brought into contact with the heat transfer liquid. An exchange of calories then takes place between the electrical heating elements and the heat transfer liquid which in turn heats before heating the passenger compartment thanks to the exchanger.

Il est connu de piloter la puissance électrique des éléments électriques chauffants à l’aide de plusieurs signaux PWM (le terme PWM désigne, en anglais,Pulse-Width Modulationou en françaisModulation de largeur d'impulsion) simultanément dont les impulsions PWM respectives sont décalées les unes par rapport aux autres.It is known to control the electrical power of electrical heating elements using several PWM signals (the term PWM designates, in English, Pulse-Width Modulation or in French Pulse Width Modulation ) simultaneously whose respective PWM pulses are offset from each other.

La présente invention vise à améliorer les appareils de chauffage précités.The present invention aims to improve the aforementioned heating devices.

L’invention a ainsi pour objet un appareil de chauffage électrique de fluide, notamment pour un véhicule tel qu’un véhicule automobile, comprenant :

  • une pluralité d’éléments électriques chauffants agencés pour chauffer le fluide,
  • un dispositif de pilotage agencé pour piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des éléments électriques chauffants, puis la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des autres éléments électriques chauffants, de sorte que le pilotage à l’aide de signaux PWM ne s’applique qu’à un seul des éléments électriques chauffants à la fois.
The subject of the invention is therefore an electric fluid heating device, in particular for a vehicle such as a motor vehicle, comprising:
  • a plurality of electrical heating elements arranged to heat the fluid,
  • a control device arranged to control, using PWM signals, the electrical power applied to only one of the electrical heating elements, then the electrical power applied to only one of the other electrical heating elements, so that the Control using PWM signals only applies to one of the electrical heating elements at a time.

L’invention permet ainsi de piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique successivement dans les éléments électriques chauffants.The invention thus makes it possible to control, using PWM signals, the electrical power successively in the electrical heating elements.

Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de pilotage comporte une pluralité d’interrupteurs électroniques, notamment sous la forme de transistors IGBT (IGBT désignantInsulated Gate Bipolar Transistoren anglais, ou en françaisTransistor bipolaire à grille isolée), chaque interrupteur électronique étant associé à l’un des éléments électriques chauffants et agencé pour piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée à cet élément chauffant.According to one of the aspects of the invention, the control device comprises a plurality of electronic switches, in particular in the form of IGBT transistors (IGBT designating Insulated Gate Bipolar Transistor in English, or in French Transistor bipolar à gate insulated ), each electronic switch being associated with one of the electrical heating elements and arranged to control, using PWM signals, the electrical power applied to this heating element.

L’invention permet ainsi de faire fonctionner un seul des interrupteurs à la fois, pour piloter la puissance électrique avec des signaux PWM. Les autres interrupteurs ne sont pas sollicités en PWM pendant ce temps, et sont par exemple soit dans un état ouvert, soit dans un état fermé. Par exemple, en fonction de la puissance électrique requise sur les éléments électriques chauffants, l’un seulement des interrupteurs IGBT est en fonctionnement PWM et les autres interrupteurs IGBT sont tous ouverts. Dans un autre mode de fonctionnement, l’un seulement des interrupteurs IGBT est en fonctionnement PWM et certains des autres interrupteurs IGBT sont ouverts et certains sont fermés. Lorsque l’interrupteur est ouvert, l’élément chauffant associé ne voit aucune puissance électrique. Lorsque l’interrupteur est fermé, l’élément chauffant associé voit une puissance électrique prédéterminée. L’invention permet de ne solliciter qu’un seul interrupteur à la fois pour le pilotage en PWM, au lieu par exemple de tous les solliciter en même temps, ce qui permet d’augmenter la durée de vie des interrupteurs. La sollicitation des interrupteurs se fait tour à tour.The invention thus makes it possible to operate only one of the switches at a time, to control the electrical power with PWM signals. The other switches are not activated in PWM during this time, and are for example either in an open state or in a closed state. For example, depending on the electrical power required on the electrical heating elements, only one of the IGBT switches is in PWM operation and the other IGBT switches are all open. In another mode of operation, only one of the IGBT switches is in PWM operation and some of the other IGBT switches are open and some are closed. When the switch is open, the associated heating element sees no electrical power. When the switch is closed, the associated heating element sees a predetermined electrical output. The invention makes it possible to request only one switch at a time for PWM control, instead of for example requesting them all at the same time, which makes it possible to increase the lifespan of the switches. The switches are activated in turn.

De plus, les interrupteurs sont actionnés moins souvent entre état fermé et état ouvert, ce qui génère moins de perturbations et permet un meilleur gain en comptabilité électromagnétique (CEM).In addition, the switches are actuated less often between closed and open states, which generates less disturbance and allows better gain in electromagnetic accounting (EMC).

Selon l’un des aspects de l’invention, lorsque l’interrupteur est dans l’état fermé, l’élément chauffant associé reçoit une puissance électrique prédéterminée comprise entre 1 kW et 3 kW, ou encore entre 3 kW et 5kW.According to one of the aspects of the invention, when the switch is in the closed state, the associated heating element receives a predetermined electrical power of between 1 kW and 3 kW, or between 3 kW and 5 kW.

Selon l’un des aspects de l’invention, l’appareil de chauffage reçoit une puissance électrique allant jusqu’à 15 kW.According to one aspect of the invention, the heater receives an electrical power of up to 15 kW.

Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de pilotage est agencé pour utiliser tous les interrupteurs en PWM, l’un après l’autre.According to one of the aspects of the invention, the control device is arranged to use all the PWM switches, one after the other.

L’invention est avantageuse dans le sens où elle permet de solliciter les interrupteurs de manière similaire de sorte que ces interrupteurs présentent une durée de vie similaire. On évite par exemple que l’un des interrupteurs ne soit excessivement sollicités par rapport aux autres, ce qui pourrait faire que cet interrupteur soit hors service prématurément.The invention is advantageous in the sense that it makes it possible to stress the switches in a similar manner so that these switches have a similar lifespan. For example, we prevent one of the switches from being excessively stressed compared to the others, which could cause this switch to be out of service prematurely.

Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de pilotage est agencé pour piloter les interrupteurs pour atteindre une valeur de puissance électrique totale appliquée à l’ensemble des éléments chauffants, avec la mise en fonctionnement de l’un des interrupteurs en mode PWM sur un premier intervalle de temps, et la mise des autres interrupteurs soit dans un état ouvert, soit dans un état fermé sur ce premier intervalle de temps.According to one of the aspects of the invention, the control device is arranged to control the switches to reach a total electrical power value applied to all of the heating elements, with the activation of one of the switches in PWM mode over a first time interval, and placing the other switches either in an open state or in a closed state over this first time interval.

Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de pilotage est agencé pour permettre que, sur un deuxième intervalle de temps qui suit immédiatement le premier intervalle, l’interrupteur qui était en mode PWM sur le premier intervalle passe dans un état ouvert ou fermé, et l’un des autres interrupteurs qui était dans l’état ouvert ou fermé sur le premier intervalle, passe en mode PWM.According to one of the aspects of the invention, the control device is arranged to allow, over a second time interval which immediately follows the first interval, the switch which was in PWM mode on the first interval to pass into a state open or closed, and one of the other switches which was in the open or closed state on the first interval, switches to PWM mode.

Ainsi la puissance électrique totale de l’appareil de chauffage est la somme de la puissance obtenue par modulation en PWM sur l’un des éléments chauffants et de la puissance sur le ou les autres éléments chauffants mis dans l’état fermé.Thus the total electrical power of the heater is the sum of the power obtained by PWM modulation on one of the heating elements and the power on the other heating element(s) placed in the closed state.

Selon l’un des aspects de l’invention, l’appareil comporte trois éléments électriques chauffants, et le dispositif de pilotage est agencé pour :

  • sur un premier intervalle, piloter l’un des trois interrupteurs en mode PWM et mettre l’un des deux autres interrupteurs dans l’état ouvert et l’autre des deux interrupteurs dans l’état fermé,
  • au début d’un deuxième intervalle qui suit immédiatement le premier intervalle, basculer l’interrupteur qui était dans l’état fermé sur le premier intervalle vers le mode PWM, basculer l’interrupteur qui était en mode PWM sur le premier intervalle vers l’état ouvert, et basculer l’interrupteur qui était sur l’état ouvert sur le premier intervalle vers l’état fermé,
  • au début d’un troisième intervalle qui suit immédiatement le deuxième intervalle, basculer l’interrupteur qui était dans l’état fermé sur le deuxième intervalle vers le mode PWM, basculer l’interrupteur qui était en mode PWM sur le deuxième intervalle vers l’état ouvert, et basculer l’interrupteur qui était dans l’état ouvert sur le deuxième intervalle vers l’état fermé.
According to one of the aspects of the invention, the device comprises three electrical heating elements, and the control device is arranged to:
  • on a first interval, control one of the three switches in PWM mode and put one of the two other switches in the open state and the other of the two switches in the closed state,
  • at the start of a second interval immediately following the first interval, toggle the switch that was in the closed state on the first interval to PWM mode, toggle the switch that was in PWM mode on the first interval to the open state, and switch the switch which was in the open state on the first interval to the closed state,
  • at the start of a third interval which immediately follows the second interval, switching the switch which was in the closed state on the second interval to the PWM mode, switching the switch which was in the PWM mode on the second interval to the open state, and switch the switch which was in the open state on the second interval to the closed state.

Selon l’un des aspects de l’invention, les trois intervalles sont égaux en durée. Cette durée est par exemple de 100 ou 500 millisecondes.According to one of the aspects of the invention, the three intervals are equal in duration. This duration is for example 100 or 500 milliseconds.

Selon l’un des aspects de l’invention, sur chaque intervalle en mode PWM, le dispositif de pilotage détermine le rapport cyclique du PWM à appliquer pour atteindre la valeur de puissance électrique requise sur l’élément chauffant associé.According to one of the aspects of the invention, on each interval in PWM mode, the control device determines the duty cycle of the PWM to be applied to reach the electrical power value required on the associated heating element.

Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de pilotage est agencé pour générer, dans chaque intervalle en mode PWM, une série d’au moins 5, par exemple 9 ou 10, impulsions. Ainsi, après un train d’impulsions, par exemple de 9 ou 10 impulsions, le mode PWM est utilisé pour un autre interrupteur électronique.According to one of the aspects of the invention, the control device is arranged to generate, in each interval in PWM mode, a series of at least 5, for example 9 or 10, pulses. So, after a train of pulses, for example 9 or 10 pulses, the PWM mode is used for another electronic switch.

Par exemple, la durée du premier intervalle est égale à 9 ou 10 fois la période des impulsions PWM.For example, the duration of the first interval is 9 or 10 times the period of the PWM pulses.

Le nombre d’impulsions par intervalle peut bien entendu être différent, par exemple plus grand que 10.The number of pulses per interval can of course be different, for example greater than 10.

Selon l’un des aspects de l’invention, le fluide qui est contenu dans l’appareil de chauffage est un fluide caloporteur, par exemple un mélange eau et glycol ou de l’huile, ce fluide caloporteur étant destiné à passer dans un échangeur de chaleur distinct de l’appareil de chauffage, cet échangeur de chaleur faisant notamment partie d’un ensemble de climatisation d’un habitacle de véhicule.According to one of the aspects of the invention, the fluid which is contained in the heating device is a heat transfer fluid, for example a water and glycol mixture or oil, this heat transfer fluid being intended to pass through an exchanger of heat separate from the heating appliance, this heat exchanger forming in particular part of an air conditioning assembly of a vehicle passenger compartment.

Selon l’un des aspects de l’invention, chaque élément électrique chauffant comprend une résistance électrique, notamment configurée en forme de spirale.According to one of the aspects of the invention, each electrical heating element comprises an electrical resistance, in particular configured in the form of a spiral.

Selon l’un des aspects de l’invention, l’appareil comprend un boîtier dans lequel sont logés les éléments électriques chauffants.According to one of the aspects of the invention, the device comprises a housing in which the electrical heating elements are housed.

L’invention a encore pour objet un ensemble de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation de l’habitacle du véhicule et/ou de thermo-régulation d’une batterie du véhicule, cet ensemble comportant l’appareil de chauffage tel que précité.The invention also relates to an assembly for ventilation, heating and/or air conditioning of the passenger compartment of the vehicle and/or thermoregulation of a battery of the vehicle, this assembly comprising the heating device as mentioned above. .

L’invention a encore pour objet un procédé de chauffage électrique de fluide, notamment pour un véhicule tel qu’un véhicule automobile, comprenant les étapes suivantes :

  • fournir une pluralité d’éléments électriques chauffants agencés pour chauffer le fluide,
  • piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des éléments électriques chauffants, puis la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des autres éléments électriques chauffants, de sorte que le pilotage à l’aide de signaux PWM ne s’applique qu’à un seul des éléments électriques chauffants à la fois.
The invention also relates to a process for electrical heating of fluid, in particular for a vehicle such as a motor vehicle, comprising the following steps:
  • provide a plurality of electrical heating elements arranged to heat the fluid,
  • control, using PWM signals, the electrical power applied to only one of the electrical heating elements, then the electrical power applied to only one of the other electrical heating elements, so that the control using PWM signals only apply to one of the electrical heating elements at a time.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description, given by way of illustrative and non-limiting examples, and the appended drawings among which:

– la illustre, schématiquement et partiellement, en coupe, un appareil de chauffage selon un exemple de réalisation de l’invention ;- there illustrates, schematically and partially, in section, a heating device according to an exemplary embodiment of the invention;

- la illustre, schématiquement et partiellement, le dispositif de pilotage et les interrupteurs de l’appareil de la ,- there illustrates, schematically and partially, the control device and the switches of the device of the ,

- la illustre, schématiquement, les impulsions de pilotage sur l’appareil de la .- there illustrates, schematically, the control pulses on the device of the .

On a représenté sur la un appareil de chauffage 1 qui sert au chauffage d’un liquide caloporteur, par exemple un mélange eau et glycol ou de l’huile.We represented on the a heating device 1 which is used for heating a heat transfer liquid, for example a water and glycol mixture or oil.

Cet appareil 1 comprend un boîtier 2 de circulation du fluide et, dans ce boîtier 2, trois éléments chauffants 4 dont deux seulement sont représentés sur la .This device 1 comprises a housing 2 for circulating the fluid and, in this housing 2, three heating elements 4, only two of which are shown on the .

Cet appareil 1 comporte encore un couvercle 6 portant les éléments chauffants 4, et un dispositif de pilotage 8 de la puissance électrique appliquée aux éléments chauffants 4.This device 1 also includes a cover 6 carrying the heating elements 4, and a device 8 for controlling the electrical power applied to the heating elements 4.

Le boîtier 2 loge une première chambre 21 de circulation du fluide, laquelle est agencée pour recevoir les éléments électriques chauffants 4 de manière à ce que le fluide en circulation dans le boîtier 2 soit mis au contact des éléments électriques chauffants 4.The housing 2 houses a first fluid circulation chamber 21, which is arranged to receive the electrical heating elements 4 so that the fluid circulating in the housing 2 is brought into contact with the electrical heating elements 4.

Le boîtier 2 loge également une deuxième chambre 22 dans laquelle est logée le dispositif de pilotage 8.The housing 2 also houses a second chamber 22 in which the control device 8 is housed.

Le boîtier 2 loge une troisième chambre 23 qui est séparée de la première chambre 21 au moyen du couvercle 6.Housing 2 houses a third chamber 23 which is separated from the first chamber 21 by means of cover 6.

Le boîtier 2 est formé, dans l’exemple décrit, par moulage d’aluminium et/ou alliage d’aluminium.The housing 2 is formed, in the example described, by molding aluminum and/or aluminum alloy.

Pour assurer la circulation du fluide dans la chambre 21, le boîtier 2 comprend au moins une première tubulure d’entrée (non représentée) et au moins une deuxième tubulure 25 de sortie en communication avec ladite chambre 21.To ensure the circulation of the fluid in the chamber 21, the housing 2 comprises at least one first inlet pipe (not shown) and at least one second outlet pipe 25 in communication with said chamber 21.

La tubulure d’entrée et la tubulure de sortie 25 sont disposées d’un même côté du boîtier 2, ici au niveau d’un fond 26 du boîtier 2.The inlet pipe and the outlet pipe 25 are arranged on the same side of the housing 2, here at the level of a bottom 26 of the housing 2.

La tubulure de sortie 25 débouche directement dans la chambre 21 à travers une première lumière 29.The outlet tube 25 opens directly into the chamber 21 through a first port 29.

La tubulure d’entrée débouche dans la chambre 21 par une deuxième lumière formée à une extrémité de ladite chambre, à l’opposé du fond 26. La tubulure d’entrée comprend un canal (non représenté) longeant longitudinalement la chambre 21 et débouchant dans ladite chambre.The inlet pipe opens into the chamber 21 through a second light formed at one end of said chamber, opposite the bottom 26. The inlet pipe comprises a channel (not shown) running longitudinally along the chamber 21 and opening into said room.

Chaque élément électrique chauffant 4 comprend une résistance blindée 41 disposée en spirale ainsi qu’au moins un terminal de connexion 42 destiné à relier ladite résistance à une source d’alimentation en courant.Each electrical heating element 4 comprises a shielded resistance 41 arranged in a spiral as well as at least one connection terminal 42 intended to connect said resistance to a current supply source.

Les éléments électriques chauffants 4 s’étendent longitudinalement dans le boîtier 2.The electrical heating elements 4 extend longitudinally in the housing 2.

Le couvercle 6 comprend des ouvertures 61 dans lesquelles les éléments électriques chauffants 4 sont montés de telle manière que, pour chacun desdits éléments électriques, la résistance 41 s’étende dans la première chambre 21 et les terminaux 42 s’étendent à travers le couvercle 6 et débouchent dans la troisième chambre 23.The cover 6 comprises openings 61 in which the electrical heating elements 4 are mounted in such a way that, for each of said electrical elements, the resistance 41 extends into the first chamber 21 and the terminals 42 extend through the cover 6 and open into the third chamber 23.

La liaison entre le couvercle 6 et les terminaux 42 est étanche.The connection between the cover 6 and the terminals 42 is waterproof.

La deuxième chambre 22 est située au-dessus de la première chambre 21, le long de celle-ci, et est obturé au moyen d’un capot supérieur 3.The second chamber 22 is located above the first chamber 21, along it, and is closed by means of an upper cover 3.

La deuxième chambre 22 comprend des projections verticales 31 ainsi qu’une plateforme 32 formées sur une paroi de séparation 10 entre la deuxième chambre 22 et la première chambre 21.The second chamber 22 comprises vertical projections 31 as well as a platform 32 formed on a separation wall 10 between the second chamber 22 and the first chamber 21.

L’appareil de chauffage 1 comprend en outre au moins un capteur de température 33 destiné à donner une information relative à la température du fluide et/ du ou des éléments électriques chauffants 4.The heating device 1 further comprises at least one temperature sensor 33 intended to provide information relating to the temperature of the fluid and/or the electrical heating elements 4.

Une carte électronique 35 est placée adjacente à la chambre 22.An electronic card 35 is placed adjacent to the chamber 22.

Le dispositif de pilotage 8 est agencé pour piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des éléments électriques chauffants 4, puis la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des autres éléments électriques chauffants 4, de sorte que le pilotage à l’aide de signaux PWM ne s’applique qu’à un seul des éléments électriques chauffants 4 à la fois.The control device 8 is arranged to control, using PWM signals, the electrical power applied to only one of the electrical heating elements 4, then the electrical power applied to only one of the other electrical heating elements 4, so that driving using PWM signals only applies to one of the 4 electrical heating elements at a time.

L’invention permet ainsi de piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique successivement dans les éléments électriques chauffants 4.The invention thus makes it possible to control, using PWM signals, the electrical power successively in the electrical heating elements 4.

Comme illustré sur la , le dispositif de pilotage 8 comporte trois d’interrupteurs électroniques 36, sous la forme de transistors IGBT (IGBT désignantInsulated Gate Bipolar Transistoren anglais, ou en françaisTransistor bipolaire à grille isolée) pour piloter la puissance électrique sur chaque élément chauffant 4.As illustrated on the , the control device 8 comprises three electronic switches 36, in the form of IGBT transistors (IGBT designating Insulated Gate Bipolar Transistor in English, or in French Transistor bipolar à gate insulated ) to control the electrical power on each heating element 4.

Chaque interrupteur électronique 36 est associé à l’un des éléments électriques chauffants 4 et agencé pour piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée à cet élément chauffant 4.Each electronic switch 36 is associated with one of the electrical heating elements 4 and arranged to control, using PWM signals, the electrical power applied to this heating element 4.

Il est prévu trois autres transistors IGBT 37, différents des transistors 36, qui assurent une fonction de sécurité, par exemple en cas de surcharge de courant électrique ou de détection de surchauffe, et n’assurent pas une fonction de pilotage à l’instar des transistors 36.Three other IGBT transistors 37 are provided, different from the transistors 36, which provide a safety function, for example in the event of an electrical current overload or overheating detection, and do not provide a control function like the transistors 36.

Chaque élément chauffant 4 est ainsi en série, à l’une de ses bornes, avec un transistor IGBT 36 et, à l’autre de ses bornes, avec un transistor IGBT 37, formant ainsi une branche 38. Dans l’exemple décrit, l’appareil 1 comprend trois branches 38 en parallèle.Each heating element 4 is thus in series, at one of its terminals, with an IGBT transistor 36 and, at the other of its terminals, with an IGBT transistor 37, thus forming a branch 38. In the example described, the device 1 comprises three branches 38 in parallel.

Les éléments chauffants 4, et donc les branches 38 respectives, sont connectés à des bornes négatives 50 et positives 51 d’une source électrique, par exemple une batterie du véhicule, pour délivrer une haute tension aux bornes des éléments chauffants 4, cette haute tension étant par exemple de 200 à 1000 volts.The heating elements 4, and therefore the respective branches 38, are connected to negative 50 and positive 51 terminals of an electrical source, for example a vehicle battery, to deliver a high voltage to the terminals of the heating elements 4, this high voltage being for example from 200 to 1000 volts.

L’invention prévoit de faire fonctionner un seul des interrupteurs 36 à la fois, pour piloter la puissance électrique avec des signaux PWM. Les autres interrupteurs 36 ne sont pas sollicités en PWM pendant ce temps, et sont par exemple soit dans un état ouvert, soit dans un état fermé.The invention provides for operating only one of the switches 36 at a time, to control the electrical power with PWM signals. The other switches 36 are not activated in PWM during this time, and are for example either in an open state or in a closed state.

Par exemple, en fonction de la puissance électrique requise sur les éléments électriques chauffants 4, l’un seulement des interrupteurs IGBT 36 est en fonctionnement PWM, le deuxième interrupteur IGBT 36 est ouvert et le troisième interrupteur 36 est fermé.For example, depending on the electrical power required on the electrical heating elements 4, only one of the IGBT switches 36 is in PWM operation, the second IGBT switch 36 is open and the third switch 36 is closed.

Lorsque l’interrupteur 36 est ouvert, l’élément chauffant 4 associé ne voit aucune puissance électrique.When switch 36 is open, the associated heating element 4 does not see any electrical power.

Lorsque l’interrupteur 36 est fermé, l’élément chauffant 4 associé voit une puissance électrique prédéterminée.When the switch 36 is closed, the associated heating element 4 sees a predetermined electrical power.

L’invention permet de ne solliciter qu’un seul interrupteur 36 à la fois pour le pilotage en PWM, au lieu par exemple de tous les solliciter en même temps, ce qui permet d’augmenter la durée de vie des interrupteurs. La sollicitation des interrupteurs se fait tour à tour.The invention makes it possible to request only one switch 36 at a time for PWM control, instead of for example requesting them all at the same time, which makes it possible to increase the lifespan of the switches. The switches are activated in turn.

Lorsque l’interrupteur 36 est dans l’état fermé, l’élément chauffant 4 associé reçoit une puissance électrique prédéterminée comprise entre 1 kW et 3 kW, ou encore entre 3 kW et 5 kW.When the switch 36 is in the closed state, the associated heating element 4 receives a predetermined electrical power of between 1 kW and 3 kW, or between 3 kW and 5 kW.

Le dispositif de pilotage 8 est agencé pour utiliser tous les interrupteurs 36 en PWM, l’un après l’autre.The control device 8 is arranged to use all the switches 36 in PWM, one after the other.

Ce dispositif de pilotage 8 comprend en outre un microcontrôleur 39 agencé pour délivrer aux interrupteurs IGBT 36 des signaux PWM pour piloter la puissance électrique appliquée à chaque élément chauffant 4.This control device 8 further comprises a microcontroller 39 arranged to deliver PWM signals to the IGBT switches 36 to control the electrical power applied to each heating element 4.

Les transistors IGBT 36 et le microcontrôleur 39 peuvent être montés sur la carte électronique 35.The IGBT transistors 36 and the microcontroller 39 can be mounted on the electronic card 35.

Comme on peut le voir sur la qui illustre l’évolution dans le temps de signaux de pilotage des transistors IGBT 36, le dispositif de pilotage 8 est agencé pour :

  • sur un premier intervalle I1, piloter l’un des trois interrupteurs 36 en mode PWM (graphe C2) et mettre l’un des deux autres interrupteurs 36 dans l’état ouvert (graphe C3 qui montre le signal à zéro) et l’autre des deux interrupteurs 36 dans l’état fermé (graphe C1 qui montre le signal à 1),
  • au début d’un deuxième intervalle I2 qui suit immédiatement le premier intervalle I1, basculer l’interrupteur 36 qui était dans l’état fermé sur le premier intervalle I1 vers le mode PWM (graphe C1) , basculer l’interrupteur 36 qui était en mode PWM sur le premier intervalle I1 vers l’état ouvert (graphe C2), et basculer l’interrupteur 36 qui était sur l’état ouvert sur le premier intervalle I1 vers l’état fermé (graphe C3),
  • au début d’un troisième intervalle I3 qui suit immédiatement le deuxième intervalle I2, basculer l’interrupteur 36 qui était dans l’état fermé sur le deuxième intervalle I2 vers le mode PWM (graphe C3), basculer l’interrupteur 36 qui était en mode PWM sur le deuxième intervalle I2 vers l’état ouvert (graphe C1), et basculer l’interrupteur 36 qui était dans l’état ouvert sur le deuxième intervalle I2 vers l’état fermé (graphe C2).
As can be seen on the which illustrates the evolution over time of control signals of the IGBT transistors 36, the control device 8 is arranged to:
  • on a first interval I1, control one of the three switches 36 in PWM mode (graph C2) and put one of the two other switches 36 in the open state (graph C3 which shows the signal at zero) and the other of the two switches 36 in the closed state (graph C1 which shows the signal at 1),
  • at the start of a second interval I2 which immediately follows the first interval I1, switch the switch 36 which was in the closed state on the first interval I1 to the PWM mode (graph C1), switch the switch 36 which was in PWM mode on the first interval I1 to the open state (graph C2), and switch the switch 36 which was in the open state on the first interval I1 to the closed state (graph C3),
  • at the start of a third interval I3 which immediately follows the second interval I2, switch the switch 36 which was in the closed state on the second interval I2 to the PWM mode (graph C3), switch the switch 36 which was in PWM mode on the second interval I2 to the open state (graph C1), and switch the switch 36 which was in the open state on the second interval I2 to the closed state (graph C2).

Le dispositif de pilotage 8 est agencé pour répéter ces étapes le nombre de fois nécessaire.The control device 8 is arranged to repeat these steps the necessary number of times.

Les trois intervalles I1, I2 et I3 sont égaux en durée. Cette durée est par exemple de 100 à 500 millisecondes.The three intervals I1, I2 and I3 are equal in duration. This duration is for example 100 to 500 milliseconds.

Sur chaque intervalle en mode PWM, le dispositif de pilotage 8 détermine le rapport cyclique du PWM à appliquer pour atteindre la valeur de puissance électrique requise sur l’élément chauffant associé 4.On each interval in PWM mode, the control device 8 determines the PWM duty cycle to apply to reach the electrical power value required on the associated heating element 4.

Le dispositif de pilotage 8 est agencé pour générer, dans chaque intervalle I1, I2 et I3 en mode PWM, une série d’au moins de 9 ou 10 impulsions.The control device 8 is arranged to generate, in each interval I1, I2 and I3 in PWM mode, a series of at least 9 or 10 pulses.

Par exemple, la durée de chaque intervalle I1, I2 et I3 est égale à 9 ou 10 fois la période des impulsions PWM.For example, the duration of each interval I1, I2 and I3 is equal to 9 or 10 times the period of the PWM pulses.

Le fluide caloporteur est destiné à passer dans un échangeur de chaleur distinct de l’appareil de chauffage, cet échangeur de chaleur faisant notamment partie d’un ensemble de climatisation d’un habitacle de véhicule.The heat transfer fluid is intended to pass through a heat exchanger separate from the heating device, this heat exchanger forming in particular part of an air conditioning assembly of a vehicle passenger compartment.

Claims (10)

Appareil (1) de chauffage électrique de fluide, notamment pour un véhicule tel qu’un véhicule automobile, comprenant :
  • une pluralité d’éléments électriques chauffants (4) agencés pour chauffer le fluide,
  • un dispositif de pilotage (8) agencé pour piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des éléments électriques chauffants (4), puis la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des autres éléments électriques chauffants, de sorte que le pilotage à l’aide de signaux PWM ne s’applique qu’à un seul des éléments électriques chauffants à la fois.
Device (1) for electric heating of fluid, in particular for a vehicle such as a motor vehicle, comprising:
  • a plurality of electrical heating elements (4) arranged to heat the fluid,
  • a control device (8) arranged to control, using PWM signals, the electrical power applied to only one of the electrical heating elements (4), then the electrical power applied to only one of the other electrical elements heating elements, so that control using PWM signals only applies to one of the electrical heating elements at a time.
Appareil selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de pilotage (8) comporte une pluralité d’interrupteurs électroniques (36), notamment sous la forme de transistors IGBT, chaque interrupteur électronique étant associé à l’un des éléments électriques chauffants (4) et agencé pour piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée à cet élément chauffant.Apparatus according to the preceding claim, in which the control device (8) comprises a plurality of electronic switches (36), in particular in the form of IGBT transistors, each electronic switch being associated with one of the electrical heating elements (4) and arranged to control, using PWM signals, the electrical power applied to this heating element. Appareil selon la revendication précédente, dans lequel lorsque l’un des interrupteur (36) est dans l’état fermé, l’élément chauffant associé reçoit une puissance électrique prédéterminée comprise entre 1 kW et 3 kW, ou encore entre 3 kW et 5 kW.Apparatus according to the preceding claim, in which when one of the switches (36) is in the closed state, the associated heating element receives a predetermined electrical power of between 1 kW and 3 kW, or between 3 kW and 5 kW . Appareil selon l’une des revendications 2 et 3, dans lequel le dispositif de pilotage (8) est agencé pour piloter les interrupteurs (36) pour atteindre une valeur souhaitée de puissance électrique totale appliquée à l’ensemble des éléments chauffants (4), avec la mise en fonctionnement de l’un des interrupteurs (36) en mode PWM sur un premier intervalle de temps (I1), et la mise des autres interrupteurs (36) soit dans un état ouvert, soit dans un état fermé sur ce premier intervalle de temps.Apparatus according to one of claims 2 and 3, in which the control device (8) is arranged to control the switches (36) to achieve a desired value of total electrical power applied to all of the heating elements (4), with operating one of the switches (36) in PWM mode over a first time interval (I1), and setting the other switches (36) either in an open state or in a closed state on this first time interval. Appareil selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de pilotage (8) est agencé pour permettre que, sur un deuxième intervalle de temps (I2) qui suit immédiatement le premier intervalle (I1), l’interrupteur qui était en mode PWM sur le premier intervalle passe dans un état ouvert ou fermé, et l’un des autres interrupteurs (36) qui était dans l’état ouvert ou fermé sur le premier intervalle, passe en mode PWM.Apparatus according to the preceding claim, in which the control device (8) is arranged to allow that, over a second time interval (I2) which immediately follows the first interval (I1), the switch which was in PWM mode on the first interval switches to an open or closed state, and one of the other switches (36) which was in the open or closed state on the first interval, switches to PWM mode. Appareil selon l’une des revendications 4 et 5, comportant trois éléments électriques chauffants (4), dans lequel le dispositif de pilotage est agencé pour :
  • sur un premier intervalle (I1), piloter l’un des trois interrupteurs en mode PWM et mettre l’un des deux autres interrupteurs dans l’état ouvert et l’autre des deux interrupteurs dans l’état fermé,
  • au début d’un deuxième intervalle (I2) qui suit immédiatement le premier intervalle, basculer l’interrupteur qui était dans l’état fermé sur le premier intervalle vers le mode PWM, basculer l’interrupteur qui était en mode PWM sur le premier intervalle vers l’état ouvert, et basculer l’interrupteur qui était sur l’état ouvert sur le premier intervalle vers l’état fermé,
  • au début d’un troisième intervalle (I3) qui suit immédiatement le deuxième intervalle, basculer l’interrupteur qui était dans l’état fermé sur le deuxième intervalle vers le mode PWM, basculer l’interrupteur qui était en mode PWM sur le deuxième intervalle vers l’état ouvert, et basculer l’interrupteur qui était dans l’état ouvert sur le deuxième intervalle vers l’état fermé.
Apparatus according to one of claims 4 and 5, comprising three electrical heating elements (4), in which the control device is arranged to:
  • on a first interval (I1), control one of the three switches in PWM mode and put one of the two other switches in the open state and the other of the two switches in the closed state,
  • at the start of a second interval (I2) which immediately follows the first interval, toggle the switch which was in the closed state on the first interval to PWM mode, toggle the switch which was in PWM mode to the first interval to the open state, and switch the switch which was in the open state on the first interval to the closed state,
  • at the start of a third interval (I3) which immediately follows the second interval, toggle the switch that was in the closed state on the second interval to PWM mode, toggle the switch that was in PWM mode to the second interval to the open state, and switch the switch which was in the open state on the second interval to the closed state.
Appareil de chauffage selon l’une des revendications précédentes, le fluide qui est contenu dans l’appareil de chauffage étant un fluide caloporteur, ce fluide caloporteur étant destiné à passer dans un échangeur de chaleur distinct de l’appareil de chauffage, cet échangeur de chaleur faisant notamment partie d’un ensemble de climatisation d’un habitacle de véhicule.Heating device according to one of the preceding claims, the fluid which is contained in the heating device being a heat transfer fluid, this heat transfer fluid being intended to pass through a heat exchanger separate from the heating device, this heat exchanger heat forming in particular part of an air conditioning assembly of a vehicle passenger compartment. Appareil de chauffage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque élément électrique chauffant (4) comprend une résistance électrique, notamment configurée en forme de spirale.Heating apparatus according to one of the preceding claims, in which each electrical heating element (4) comprises an electrical resistance, in particular configured in the form of a spiral. Ensemble de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation de l’habitacle du véhicule et/ou de thermo-régulation d’une batterie du véhicule, cet ensemble comportant l’appareil de chauffage selon l’une des revendications précédentes.Ventilation, heating and/or air conditioning assembly for the vehicle passenger compartment and/or thermoregulation of a vehicle battery, this assembly comprising the heating device according to one of the preceding claims. Procédé de chauffage électrique de fluide, notamment pour un véhicule tel qu’un véhicule automobile, comprenant les étapes suivantes :
  • fournir une pluralité d’éléments électriques chauffants (4) agencés pour chauffer le fluide,
  • piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des éléments électriques chauffants, puis la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des autres éléments électriques chauffants, de sorte que le pilotage à l’aide de signaux PWM ne s’applique qu’à un seul des éléments électriques chauffants à la fois.
Process for electric heating of fluid, in particular for a vehicle such as a motor vehicle, comprising the following steps:
  • provide a plurality of electrical heating elements (4) arranged to heat the fluid,
  • control, using PWM signals, the electrical power applied to only one of the electrical heating elements, then the electrical power applied to only one of the other electrical heating elements, so that the control using PWM signals only apply to one of the electrical heating elements at a time.
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US20170032729A1 (en) * 2015-07-28 2017-02-02 Caba Moldvai Pulse width modulation for a head-mounted display device display illumination system
CN109246859A (en) * 2018-06-22 2019-01-18 杭州先途电子有限公司 A kind of method for heating and controlling and device
FR3104374A1 (en) * 2019-12-05 2021-06-11 Valeo Systemes Thermiques Fluid heating device, in particular intended for a vehicle

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