WO2016030594A1 - Method for pre-conditioning the interior of a vehicle by means of a heat pump - Google Patents

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WO2016030594A1
WO2016030594A1 PCT/FR2015/052005 FR2015052005W WO2016030594A1 WO 2016030594 A1 WO2016030594 A1 WO 2016030594A1 FR 2015052005 W FR2015052005 W FR 2015052005W WO 2016030594 A1 WO2016030594 A1 WO 2016030594A1
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thermal energy
bat
refrigerant
electrical storage
passenger compartment
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Application number
PCT/FR2015/052005
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French (fr)
Inventor
Damien Pierre SAINFLOU
Nicolas AUDIOT
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles Sa
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the field of the invention relates to a heating method of a passenger compartment of a motor vehicle and a heat pump for the implementation of the method.
  • a reversible heat pump comprising an air conditioner and heating means.
  • a reversible heat pump comprises a closed circuit for circulating a two-phase refrigerant, an electric compressor capable of pressurizing and heating the refrigerant in the gas phase, a condenser for emitting thermal energy from the refrigerant to the refrigerant.
  • a medium in contact by ensuring the condensation of the fluid
  • a holder adapted to depressurize and cool the refrigerant in the liquid phase and an evaporator for taking thermal energy from a contact medium by ensuring the evaporation of the refrigerant, a set of valves for reversing the direction of energy transfer.
  • FIG. 1 represents the heat pump of the motor vehicle of this state of the art.
  • the heat pump comprises a compressor 1, a condenser 2, a front heat exchanger 3 with the outside air, a subcooler 14 coupled with the front heat exchanger, a dewatering tank 19 mounted at the inlet of the subcooler 14 , a regulator 17 with thermostatic regulation connected to the input and output channels of the facade exchanger 3, an exchanger 15 and a thermostatically controlled holder 18 connected to the input and output channels of the exchanger 15.
  • valves Vil, V12, V13, V14, V15 make it possible to control the circulation of the refrigerant in the closed circulation circuit.
  • the heat pump comprises a second closed circuit for circulating water for cooling a heat engine.
  • the water circulation circuit is connected to a pump 121, to the radiator of a heat engine and to its internal cooling circuit (not shown in FIG. 1) and to a heater 16 for heating the air of the passenger compartment. from thermal energy taken from the condenser 2 and the heat engine.
  • the heat pump allows the heating of the passenger compartment for pre-conditioning.
  • Pre-conditioning is understood to mean the preheating of the passenger compartment to a controlled temperature before the vehicle is started.
  • this solution has the disadvantage of reducing the load of the electric storage. Preheating being triggered shortly before start-up if the vehicle is not connected to an external power source, it is likely that the vehicle will start a journey with a reduced storage charge if energy can not be withdrawn from the generator. home network. In the case of an electric or hybrid electric vehicle, this preheating solution is not recommended.
  • the efficiency of an electrical resistance is less than 100%.
  • the passenger compartment is preheated during the charging of the electric storage, for the case of so-called "plug-in" vehicles, designating in English electric or hybrid vehicles having a plug connection to the power grid to recharge the storer electrical, energy stored in the passenger compartment is largely dissipated by all the surfaces of contact with the outside air.
  • the invention relates to a method of heating the air of a passenger compartment of a motor vehicle comprising an electric storage and a heating means of the passenger compartment.
  • the method comprises the following successive steps: the storage of thermal energy in the body of the electrical storer, the transfer of thermal energy stored in the body of the electrical storer to the heating means. More particularly, the steps of storage and transfer of thermal energy are performed by a heat pump of the motor vehicle, the heat pump can be configured to store thermal energy in the body of the electrical storage, and then, to transfer the thermal energy stored in the body of the electrical store to the heating means.
  • the method also comprises, prior to the thermal energy storage step, a pre-conditioning programming step of the passenger compartment at a controlled temperature.
  • the step of storing thermal energy is stopped when the temperature of the electrical storage unit has reached an upper temperature limit of the nominal operation of the electrical storage unit.
  • the thermal energy transfer step is allowed as long as the temperature of the electrical storage is greater than a lower temperature limit of the nominal operation of the electrical storage unit. More precisely, the step of storing thermal energy is controlled when at least one of the following conditions is detected:
  • a phase of recharging electrical energy of the electrical storer is active; a request for pre-conditioning of the passenger compartment at a programmed temperature is active;
  • a recharging phase from electrical energy from an external electrical power source is active, for example an electrical network.
  • the invention also provides a motor vehicle comprising an electrical storer and a cabin air heating means designed for carrying out the method as described above.
  • the vehicle comprises means for storing thermal energy in the body of the electrical storer and for transferring the thermal energy stored in the body of the electrical storer to the heating means.
  • the means for storing and transferring thermal energy are a heat pump comprising a circulation circuit of a two-phase refrigerant, a compressor capable of compressing and heating the refrigerant in the gas phase, a clean equipment exchanger exchanging thermal energy with the body of the storer, and the heating means is a condenser connected to the circulation circuit of the heat pump and arranged to emit thermal energy from the refrigerant to the passenger compartment, the pump during the step of storing the thermal energy in the body of the electrical storage unit, for compressing the refrigerant and directing the compressed and heated refrigerant into the equipment exchanger, and then, when step of transferring the thermal energy to the heating means, to direct the refrigerant from the equipment exchanger to the condenser.
  • the condenser exchanges heat energy directly with the air of the passenger compartment, or indirectly via a circulating circuit of a coolant connected to a heater to exchange heat energy with the air of the passenger compartment. the cockpit.
  • the motor vehicle also comprises a man-machine interface for programming a pre-conditioning control of the passenger compartment at a temperature controlled prior to the step of storing thermal energy in the body of the electrical storer, for example the human-machine interface is a dashboard, a mobile terminal with wireless communication or an electronic starter key of the vehicle.
  • the heat pump exploits the thermal energy stored in the body of the electric storage during a loading phase of the storage to preheat the passenger compartment of the vehicle.
  • the energy efficiency of the heat pump is much higher than that of a Joule electric heating solution.
  • the energy yield can vary between 120% and 300% depending for example on the temperature of the hot source.
  • Figure 1 shows a known heat pump previously described in the state of the art.
  • FIG. 2 represents the heating method of the passenger compartment according to the invention.
  • Figure 3 shows an embodiment of the heat pump for implementing the heating method of the passenger compartment of the vehicle.
  • FIGS. 4A and 4B show the circulation of the refrigerant in the heat pump during storage of thermal energy in the body of the storer and during the transfer of thermal energy from the body of the storeroom to the unit heater.
  • Figure 5 shows a mode of operation of the heat pump during the preheating of the passenger compartment.
  • the preferred embodiment of the invention applies to a hybrid electric motor vehicle comprising a heat pump.
  • the invention is preferably applied to so-called "plug-in" or electric vehicles when charging before use of the vehicle.
  • the hybrid vehicle is equipped with an electric storage to power an electric machine and the on-board network.
  • the invention applies to any electrical storage technology (lithium, nickel, etc.).
  • the heat pump is advantageously configured to store thermal energy in the body of the electrical storage and then transfer the thermal energy to a heating means of the passenger compartment.
  • this embodiment of the heat pump can at least operate the different modes of operation described in the patent applications already filed by the Applicant having the publication numbers FR2971042 and FR2988460A1, in particular the refrigeration mode, the mode of operation. heating and the first and second mixed modes as described in the patent applications mentioned above.
  • Figure 2 shows the method of heating the air of the passenger compartment of the motor vehicle.
  • the method comprises a first waiting step 10.
  • the method also comprises a step 11 for storing thermal energy in the body of the electrical storer, and then a step transfer 12 of thermal energy stored in the body of the electrical storage BAT to the heating means CI.
  • the storage step 11 is triggered when one or more conditions C1 have been verified.
  • the storage of thermal energy is preferably controlled when an electric power charging phase of the electrical storage BAT is active. When recharging electricity, the operating temperature of the electrical storage is increased because of its operation. It is then advantageous to operate an additional energy storage.
  • the stored energy can allow the storer temperature to rise by about 30 degrees.
  • the amount of energy can be of the order of substantially 12000 KJ for a storer having a mass of about 100kg.
  • the temperature of the BAT electric storage is preferably maintained between 15 and 45 degrees substantially.
  • the heating method adjusts the minimum and maximum temperature limits according to the technology of the electrical storage device used to maintain the operation of the electrical storage unit at rated temperatures.
  • the recharging phase can be operated from electrical energy from a source of external electrical energy, for example an electrical network, an electric generator, an external electrical storage, or photovoltaic panels.
  • a source of external electrical energy for example an electrical network, an electric generator, an external electrical storage, or photovoltaic panels.
  • the triggering of the storage step 11 may also be a function of the temperature of the air outside the vehicle.
  • the method comprises verifying the temperature of the outside air with regard to a triggering threshold.
  • the storage of thermal energy can be triggered automatically if the outside air temperature at vehicle is below a trigger point corresponding to approximately 20 degrees Celsius.
  • the triggering of the storage step 11 may be furthermore a function of detecting a request for preconditioning the passenger compartment at a programmed temperature.
  • the driver can program pre ⁇ conditioning of the cabin to a temperature controlled before starting his vehicle.
  • the heating method can provide prior to the thermal energy storage step 11, a pre-conditioning programming of the passenger compartment at a temperature controlled during the waiting step 10.
  • the programming can be performed at means of any type of human machine interface.
  • the dashboard of the vehicle a mobile terminal wireless communication (for example cell type, short-range radiofrequency communication from a few centimeters to several meters, or infrared communication), or the vehicle key by a preprogrammed instruction in the key or a vehicle supervision computer.
  • the storage step 11 is stopped when the temperature of the electrical storage BAT has reached an upper temperature limit of the nominal operation of the electric storage, to maintain it at a nominal operating temperature.
  • the energy transfer step 12 to the heating means is triggered when a heating condition C2 is detected.
  • the heating condition C2 may be the date of a pre-recorded event by the user, for example a departure time, a temperature measured in the passenger compartment by means of a temperature sensor or from trigger information stored in a memory of the supervision computer.
  • the heating method comprises a step 12 for transferring the thermal energy to the heating means of the passenger compartment when the triggering condition C2 is detected.
  • the transfer of thermal energy is operated until the cabin reaches a controlled temperature.
  • the transfer step provides for taking thermal energy from the electrical storage BAT to transfer it to the heating means.
  • the thermal energy transfer step 12 is allowed as long as a transfer condition C3 is detected, for example as long as the temperature of the electric storage unit BAT is greater than a lower temperature limit of the nominal operation of the electrical storage unit. .
  • the lower limit is about 15 degrees for one type of electrical storage.
  • the heating process returns to the waiting step 10, possibly including the programming of a heating of the passenger compartment.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the heat pump.
  • the heat pump includes a first closed circuit
  • the two - phase refrigerant has the condensation and evaporation properties suitable for operation of a low temperature heat pump.
  • the second closed water circuit CC2 is a conventional cooling circuit in a motor vehicle.
  • the person skilled in the art should adapt the choice of a coolant (refrigerant or water) for the first circulation circuit CCI and for the second circulation circuit CC2 as a function of the thermal application without leaving the framework of the invention.
  • the heat pump comprises a CP compressor capable of pressurizing and heating the refrigerant of the first circulation circuit CCI.
  • the compressor CP comprises an inlet channel and an outlet channel for the passage of the refrigerant.
  • the compressor is sized to transform the incoming fluid, then gas phase or semi-gas, outgoing fluid, gas phase and a pressure and a temperature resulting from the exchange.
  • the incoming fluid is derived from an evaporator of the circulation circuit CCI, for example an El facade exchanger, an equipment evaporator EQ1 or the air conditioner EV.
  • An internal condenser CI is connected to the first circulation circuit of the refrigerant.
  • the internal condenser CI is responsible for contributing to the heating of the interior air of the passenger compartment of the vehicle by heat exchange with the refrigerant converted into hot gas and pressurized by the compressor CP.
  • the internal condenser CI is dimensioned so as to substantially completely condense the refrigerant fluid that comes from the compressor so that it is substantially completely in a liquid phase and partially cooled during a direct or indirect exchange with the indoor air, for example via the second circulation circuit CC2 of water.
  • the internal condenser CI is of gas / fluid type. It is therefore responsible for heating a coolant, in this case water, which circulates in some of these conduits or between parts of its stacked plates and which comes from the second water circulation circuit CC2.
  • the coolant heated by the internal condenser IC is then directed to a heater AE which is responsible for heating the indoor air that passes through the passenger compartment of the vehicle by heat exchange with the heat transfer fluid.
  • a pump PP operates the circulation of the coolant in the second circuit CC2 and directs the heat transfer fluid to a radiator of the engine (not shown in Figure 2) for cooling after passage in the heater AE, and for its heating after starting the heat engine after heating of the heat transfer fluid in the internal condenser CI. It is appropriate that the heat transfer fluid from the heater AE can supply any other heat generating system for cooling said system.
  • air heater denotes an air / liquid type heat exchanger.
  • the internal condenser CI may be of gas / air type. In this case, it is responsible for heating the indoor air that passes through heat exchange and flowing between its ducts or between its stacked plates.
  • Air inside means the air blown into the passenger compartment of the motor vehicle.
  • An EI front heat exchanger preferably positioned at the front of the vehicle, allows the exchange of thermal energy with the outside air.
  • the facade exchanger is sized to operate either as an evaporator or as a condenser, and is of the air / fluid type, the fluid being in the form of a liquid, when it is used as an evaporator, or under the form gaseous when used as a condenser. Thus, it is responsible for heating or cooling the refrigerant circulating in some of these conduits, or between parts of its stacked plates.
  • the front heat exchanger El comprises two channels for the inlet and the outlet of the refrigerant, each operating alternately the inlet or the outlet of the fluid according to the operation in evaporator or condenser.
  • a first pressure reducer DT1 is connected to the input and output channels of the front heat exchanger El.
  • the pressure regulator DT1 is responsible for depressurizing the refrigerant entering the heat exchanger E1 and regulating thus the decompression and evaporation of the refrigerant entering the front heat exchanger El as a function of the outlet temperature.
  • the pressure reducer has a clean thermostatic setting which controls the expansion of the refrigerant depending on the temperature and the pressure of the fluid exiting the front exchanger. In this case, the front heat exchanger El warms the refrigerant from the expander DT1 by the evaporation action.
  • the front exchanger El When the front exchanger El operates as a condenser, it cools and condenses the refrigerant from either the compressor CP or subcooler SR.
  • the subcooler SR is preferably external similarly to the front heat exchanger El. It promotes the cooling of the refrigerant by exchange with the outside air. It may, for example, comprise ducts, or stacked tubes, in or between which circulates the refrigerant to be cooled by exchange with the outside air passing therethrough. For example, it is an air / liquid exchange.
  • the heat pump can be arranged so that the subcooler SR cools the refrigerant coming from the internal condenser CI to supply the first pressure regulator DT1 and then the front heat exchanger El that functions as an evaporator, or the heat exchanger. El facade when operating in condenser.
  • the sub-cooling operation prior to the circulation of the fluid in an evaporator increases the heating capacities of the refrigerant when it is then directed into a pressure reducer and then into an evaporator, for example the front heat exchanger El, the heat exchanger EQ1 equipment or EV evaporator of the air conditioner.
  • the subcooler SR is arranged to heat exchange with the front heat exchanger El.
  • it is mounted so that its exchange surface is close to the exchange surface of the facade exchanger.
  • El by mounting opposite or intermingling ducts or plates stacked.
  • One of the functions of the subcooler is to prevent the formation of frost on the outer surface of the facade exchanger during negative temperatures, for example, preventing its proper operation.
  • the subcooling of the refrigerant before it passes through the front heat exchanger El, makes it possible to heat the surrounding air and to prevent the freezing of the exchange surface of the heat exchanger. El façade thus allowing the system to operate effectively at negative temperatures.
  • a dewatering tank DS intended to ensure that the refrigerant which arrives in the sub-cooler SR is exclusively in the liquid phase.
  • it can also ensure filtration function, and / or a reservoir function and / or a separation function of the gaseous and liquid phases.
  • the heat pump comprises an equipment heat exchanger EQ1 associated with the electric storage BAT to regulate the operating temperature of the electrical storage.
  • the EQ1 equipment exchanger is sized to operate as either an evaporator or a condenser. Thus, it is responsible for heating and evaporating or cooling and condensing the refrigerant circulating in some of these conduits, or between parts of its stacked plates by taking or storing thermal energy from the refrigerant in the body of the storer BAT electric.
  • the heat exchange is fluid / material with the body of the electrical storage. It will be noted that the refrigerant may be either in the liquid phase or in the gas phase depending on the operating mode of the equipment exchanger E1.
  • the exchange with the cells of the electrical storage can be done by direct contact conduction or via a fluid flow (air / heat transfer liquid) (variant not shown here).
  • the equipment exchanger EQ1 comprises two channels for the inlet and the outlet of the refrigerant, each alternately operating the inlet or the outlet of the fluid and allowing operation as an evaporator or condenser according to the phase state of the refrigerant and his sense of circulation.
  • a second expansion valve DT2 is connected to the input and output channels of the EQ1 equipment exchanger.
  • the pressure reducer DT2 is responsible for depressurizing the refrigerant entering the equipment exchanger EQ1 and thus regulating the decompression and evaporation of the refrigerant entering the EQ1 equipment exchanger. function of the outlet temperature.
  • the second regulator DT2 has a clean thermostatic setting which controls the expansion of the refrigerant according to the temperature and the pressure of the fluid exiting the equipment exchanger EQ1. In this case, the equipment exchanger EQ1 warms the refrigerant from the second expander DT2 by the evaporation action.
  • the heat pump also includes an evaporator EV air conditioner responsible for cooling the air inside the passenger compartment of the vehicle.
  • a third expander DT3 is connected to the input and output channels of the EV evaporator.
  • the pressure reducer DT3 is responsible for depressurizing the refrigerant entering the evaporator EV and thus regulating the decompression and evaporation of the refrigerant entering the evaporator EV as a function of the outlet temperature.
  • the third regulator DT3 has a clean thermostatic setting which allows the expansion of the refrigerant to be controlled depending on the temperature and the pressure of the fluid leaving the evaporator EV.
  • the air conditioner EV evaporator heats the refrigerant, and thereby cools the interior air that flows between its stacked ducts, or plates, in or between which the refrigerant also circulates. The cooled interior air is then returned to the cabin.
  • the air conditioner is used to demist the cabin by the effect of the condensation of water on one evaporator EV contained in the air blown on the glass walls of the passenger compartment.
  • This mode can be advantageously used simultaneously heating the cabin.
  • the heat pump does not include an air conditioner evaporator.
  • the first circulation circuit CCI of the refrigerant comprises valves V31, V32, V33, V34, V35, V36, V42, V43 multipaths.
  • the valves make it possible to control the circulation of the refrigerant to operate the various modes of operation of the heat pump.
  • the valve V43 is a two-way valve connecting by means of a first T-shaped hydraulic connection T1, a first channel VI of the equipment exchanger EQ1. with a duct downstream of the compressor CP and on a first channel of the internal condenser CI.
  • the valve V42 is a three-way valve connecting by means of a second T-shaped hydraulic coupling T2 a second channel V2 of the equipment exchanger EQ1 with a pipe downstream of the compressor CP and on a second channel of the condenser internal CI, as well as on a first channel of the second regulator DT2.
  • the valve V42 is connected upstream of the compressor CP on the first circulation circuit CCI of the fluid by means of a third hydraulic connection T3, via the first channel of the second expander DT2.
  • the valve V36 is a two-way valve connecting by means of a fourth T-shaped hydraulic connection T4 a second channel of the expansion valve DT2 with a duct at the outlet of the sub-cooler SR, therefore upstream of the compressor in the direction of flow of the Refrigerant.
  • the first channel of the second expansion valve DT2 is connected to the valve V42, itself connected to the second channel V2 of the equipment exchanger EQ1, and the second channel the regulator DT2 is connected to the first channel VI of the equipment exchanger EQ1.
  • valves V42, V43, V36 and hydraulic connections makes it possible to use the equipment exchanger EQ1 either as a condenser or as an evaporator.
  • the invention makes it possible to use a single heat exchanger for evaporating and condensing refrigerant operations, thus reducing the space requirement and the cost of installation.
  • the hydraulic connections T1, T2, T3, T4 allow the derivation or the union of the fluid in the direction of circulation.
  • the hydraulic connections Tl, T2, T3, T4 are T-shaped having conduit union ends for connecting the conduits of the equipment exchanger EQ1 and valves V36, V42, V43. If a configuration of the heat pump requires the permanent closure of a hydraulic connection during the manufacture of the vehicle or after manufacture, the end pieces may be plugged by means of suitable closures.
  • FIG. 4A shows the heat pump and the circulation of the refrigerant during the thermal energy storage step BAT, the valves V42 and V43 are open and the valve V36 is closed.
  • the valve V42 allows the circulation of the refrigerant from the compressor CP to the second channel V2 of the equipment exchanger EQ1.
  • the valve V43 allows the return of the refrigerant.
  • valves V42, V43, V36 make it possible to derive the refrigerant, which is then heated and in the gaseous state, from the compressor CP in the equipment exchanger EQ1, at the input via the second channel V2 and at the output by the first way VI.
  • the refrigerant continues the circulation in the conduit connected to the first channel of the internal condenser CI, returning with a portion of the fluid exiting the internal condenser CI.
  • the storage step 11 of thermal energy in the electrical storage BAT can be controlled as soon as a heating request of the cabin is active.
  • the refrigerant from the compressor CP is directed in part towards the internal condenser CI and partly towards the equipment exchanger EQ1.
  • this mode is active for temperatures substantially lower than 15 or 20 degrees.
  • the heating of the electrical storage can be controlled without the internal condenser CI exchange with the second circulation circuit CC2. In the latter case, the pump PP is not in operation, reducing the heat exchange.
  • FIG. 4B shows the heat pump and the circulation of the refrigerant during the heat energy transfer step 12, the valves V36, V42 are open while the valve V43 is closed.
  • the valve V42 allows the circulation of the fluid from the second channel V2 of the equipment exchanger EQ1 to the duct upstream of the compressor CP.
  • the V36 valve allows refrigerant flow to the first channel of the EQ1 equipment heat exchanger. This configuration of the valves V42, V43, V36 makes it possible to direct the refrigerant, then cooled and in the liquid phase, coming from the subcooler SR or the facade exchanger E1, into the equipment exchanger EQ1, in input by the first channel VI via the second expansion valve DT2 and output by the second channel V2.
  • the refrigerant continues the circulation in the duct upstream of the compressor CP and is then directed into the compressor CP.
  • FIG. 5 represents an advantageous mode of operation of the heat pump and the complete circulation of the Refrigerant. Thanks to the invention, if the outside temperature is less than 25 degrees, this operating mode allows the heating of the air of the passenger compartment of the vehicle from thermal energy previously stored in the body of the electrical storage BAT.
  • control of the temperature control of the electric storage BAT is programmed to control the temperature of the storage BAT at a temperature of substantially 40 degrees. Then, when a heating request of the passenger compartment is activated, the control of the temperature control of the storage BAT is programmed to cool the electric storage BAT and transfer the thermal energy previously stored in the body of the electrical storage BAT to the cockpit.
  • the BAT electrical storage can be cooled to a minimum temperature limit, substantially equivalent to the lower temperature limit of nominal operation of the electrical storage.
  • valves V42, V43, V36 are configured to transfer thermal energy from the body of the BAT storer to the passenger compartment, as previously described in Figure 4B.
  • the CP compressor pressurizes and heats the two-phase gaseous refrigerant from the EQ1 equipment exchanger, acting as an evaporator.
  • the valve V34 then directs the fluid to the second channel of the internal condenser CI, the refrigerant inlet channel.
  • a heat exchange takes place between the refrigerant and the heat transfer fluid of the second circulation circuit, corresponding to the cooling circuit of the heat engine, via the internal condenser CI.
  • the pump PP then active, operates the circulation of the coolant to direct the heat transfer fluid heated by the internal condenser CI towards the heater AE.
  • the heater then works to heat the cabin air. Once the heat transfer fluid has cooled, it returns directly into the internal condenser, or indirectly via the radiator of the heat engine.
  • the cooled refrigerant flows out of the internal condenser IC by the first channel, the outlet channel, and the valve V33 then directs it to the subcooler SR, by first passing into the dewatering tank DS and possibly, if necessary, first into the The subcooler cools the refrigerant with the outside air and the fluid is then directed to the valve V36 and the second regulator DT2.
  • the fluid is then depressurized and enters the equipment exchanger EQ1 by the first channel VI.
  • the refrigerant then in the form of a depressurized liquid, evaporates, thus taking thermal energy in the body of the storer, and exits through the second channel V2.
  • the refrigerant is directed by the valve V42 upstream of the compressor to be pressurized again and heated.
  • the refrigerant from the subcooler can be directed in part to the second expander DT2 and partly to the third expander DT3. Valves V36, V35 controlling the flow of refrigerant to the second and third expander DT2, DT3 respectively.
  • the air conditioner operates at the same time as the air heater AE for demisting the passenger compartment.
  • the equipment heat exchanger EQ1 is connected in the first circulation circuit CCI at the outlet of the internal condenser CI. More precisely, in the heating mode of the electrical storage unit BAT, at the output of the compressor CP, the refrigerant is all first directed to the internal condenser CI, reducing the temperature of the refrigerant, then to the equipment exchanger EQ1.
  • This variant has the advantage of reducing the fluid temperature, which can be 90 degrees at the outlet of the compressor, before it circulates in the equipment exchanger EQ1. Indeed, it is preferable that the refrigerant flowing in the vicinity of the electrical storage unit does not substantially exceed the operating limit temperatures of the electrical storage BAT.
  • the equipment exchanger EQ1 is connected in hydraulic parallel of the subcooler SR.
  • the motor vehicle includes means for supervising the heat pump for implementing the heating method of the passenger compartment.
  • a supervision computer can control the hydraulic valves V31, V32, V33, V34, V35, V36, V42, V43 the compressor CP, the regulators DT1, DT2, DT3, the pump PP, the heater AE and the request starting the front fan of the vehicle to control the flow of refrigerant and operate the storage and transfer of thermal energy.
  • a computer program determines the commands depending on operating temperature conditions of the electric storage device BAT, exits temperature measurements of suitable sensors and specific command requests, for example a control pre ⁇ conditioning of the passenger. Temperature measurements can be taken from the storage cabinet, evaporators and outside air.
  • the computer program is stored in memories associated with the computer of vehicle supervision or a specific computer to control the heat pump.
  • the invention applies to electric vehicles, electric hybrids, hybrid electric plug-in vehicles in English, and electric vehicles with autonomy assistance by means of an auxiliary heat engine.

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Abstract

The invention relates to a method for heating the interior of a motor vehicle comprising a heat pump and an electrical storage unit. The method comprises a step (11) of storing heat energy in the body of the electrical storage unit, then a step (12) of transferring heat energy to a heating means for heating the interior, especially during a pre-conditioning operation carried out on the interior. The invention applies preferably to rechargeable hybrid electric and electric vehicles.

Description

PROCEDE DE PRE-CONDITIONNEMENT DE L'HABITACLE AU MOYEN  METHOD FOR PRE-PACKAGING THE HABITACLE IN THE MIDDLE
POMPE A CHALEUR  HEAT PUMP
Le domaine de l'invention concerne un procédé de chauffage d'un habitacle de véhicule automobile et une pompe à chaleur pour la mise en œuvre du procédé. The field of the invention relates to a heating method of a passenger compartment of a motor vehicle and a heat pump for the implementation of the method.
Il est connu de réguler la température de l'air de l'habitacle d'un véhicule automobile au moyen d'une pompe à chaleur réversible comprenant un climatiseur et des moyens de chauffage. Convent ionnellement , une pompe à chaleur réversible comprend un circuit fermé de circulation d'un fluide frigorigène diphasique, un compresseur électrique propre à pressuriser et chauffer le fluide frigorigène en phase gazeuse, un condenseur pour émettre de l'énergie thermique issu du fluide frigorigène vers un milieu en contact en assurant la condensation du fluide, un détenteur propre à dépressuriser et refroidir le fluide frigorigène en phase liquide et un évaporateur pour prélever de l'énergie thermique issue d'un milieu de contact en assurant 1 'évaporation du fluide frigorigène, un ensemble de vannes permettant d'inverser le sens de transfert de l'énergie. It is known to regulate the air temperature of the passenger compartment of a motor vehicle by means of a reversible heat pump comprising an air conditioner and heating means. Conventionally, a reversible heat pump comprises a closed circuit for circulating a two-phase refrigerant, an electric compressor capable of pressurizing and heating the refrigerant in the gas phase, a condenser for emitting thermal energy from the refrigerant to the refrigerant. a medium in contact by ensuring the condensation of the fluid, a holder adapted to depressurize and cool the refrigerant in the liquid phase and an evaporator for taking thermal energy from a contact medium by ensuring the evaporation of the refrigerant, a set of valves for reversing the direction of energy transfer.
La demanderesse a déjà déposé des demandes de brevet concernant une installation de chauffage et climatisation pour un véhicule automobile. Les documents FR2971042 et FR2988460A1 décrivent une pompe à chaleur réversible comprenant un circuit de circulation d'un fluide frigorifique pouvant être piloté selon plusieurs modes de fonctionnement au moyen de vannes multivoies pour refroidir, réchauffer et désembuer l'habitacle du véhicule de manière efficace y compris par des températures extérieures négatives. Plus précisément, la figure 1 représente la pompe à chaleur du véhicule automobile de cet état de la technique. La pompe à chaleur comprend un compresseur 1, un condenseur 2, un échangeur de façade 3 avec l'air extérieur, un sous- refroidisseur 14 couplé avec l 'échangeur de façade, un réservoir de déshydratation 19 monté en entrée du sous- refroidisseur 14, un détendeur 17 avec régulation thermostatique connecté aux voies d'entrée et de sortie de l 'échangeur de façade 3, un échangeur 15 et un détenteur 18 avec régulation thermostatique connecté aux voies d'entrée et de sortie de l'échangeur 15. Des vannes Vil, V12, V13, V14, V15 permettent de piloter la circulation du fluide frigorigène dans le circuit de circulation fermé. De plus, la pompe à chaleur comprend un deuxième circuit fermé de circulation d'eau destiné au refroidissement d'un moteur thermique. Le circuit de circulation d'eau est connecté à une pompe 121, au radiateur d'un moteur thermique et à son circuit de refroidissement interne (non représenté sur la figure 1) et à un aérotherme 16 pour chauffer l'air de l'habitacle à partir d'énergie thermique prélevée dans le condenseur 2 et le moteur thermique. The applicant has already filed patent applications concerning a heating and air-conditioning system for a motor vehicle. The documents FR2971042 and FR2988460A1 disclose a reversible heat pump comprising a refrigerant circulation circuit that can be controlled according to several modes of operation by means of multi-way valves to cool, heat and demist the passenger compartment of the vehicle efficiently including by negative outside temperatures. More precisely, FIG. 1 represents the heat pump of the motor vehicle of this state of the art. The heat pump comprises a compressor 1, a condenser 2, a front heat exchanger 3 with the outside air, a subcooler 14 coupled with the front heat exchanger, a dewatering tank 19 mounted at the inlet of the subcooler 14 , a regulator 17 with thermostatic regulation connected to the input and output channels of the facade exchanger 3, an exchanger 15 and a thermostatically controlled holder 18 connected to the input and output channels of the exchanger 15. valves Vil, V12, V13, V14, V15 make it possible to control the circulation of the refrigerant in the closed circulation circuit. In addition, the heat pump comprises a second closed circuit for circulating water for cooling a heat engine. The water circulation circuit is connected to a pump 121, to the radiator of a heat engine and to its internal cooling circuit (not shown in FIG. 1) and to a heater 16 for heating the air of the passenger compartment. from thermal energy taken from the condenser 2 and the heat engine.
La pompe à chaleur permet le chauffage de l'habitacle pour un pré-conditionnement. On entend par pré-conditionnement le préchauffage de l'habitacle à une température commandée avant le démarrage du véhicule. The heat pump allows the heating of the passenger compartment for pre-conditioning. Pre-conditioning is understood to mean the preheating of the passenger compartment to a controlled temperature before the vehicle is started.
Il est également connu de préchauffer l'habitacle en utilisant une résistance électrique réchauffant soit directement l'air, soit le liquide caloporteur circulant dans l 'aérotherme en utilisant l'énergie électrique stockée dans un stockeur électrique du véhicule. It is also known to preheat the passenger compartment by using an electrical heating element that directly heats the air or the coolant circulating in the heater using the electrical energy stored in an electrical storage unit of the vehicle.
Cependant, cette solution présente l'inconvénient de réduire la charge du stockeur électrique. Le préchauffage étant déclenché peu de temps avant le démarrage si le véhicule n'est pas branché sur une source d'électricité extérieure, il est probable que le véhicule commence un trajet avec un niveau de charge du stockeur réduit si l'énergie ne peut être prélevée du réseau domestique. Dans le cas d'un véhicule électrique ou hybride électrique, cette solution de préchauffage n'est pas recommandée. However, this solution has the disadvantage of reducing the load of the electric storage. Preheating being triggered shortly before start-up if the vehicle is not connected to an external power source, it is likely that the vehicle will start a journey with a reduced storage charge if energy can not be withdrawn from the generator. home network. In the case of an electric or hybrid electric vehicle, this preheating solution is not recommended.
Par ailleurs, le rendement d'une résistance électrique est inférieur à 100%. De plus, lorsque l'habitacle est préchauffé pendant la charge du stockeur électrique, pour le cas des véhicules dits « plug-in », désignant en anglais les véhicules électriques ou hybrides disposant d'une prise de branchement au réseau électrique pour recharger le stockeur électrique, l'énergie conservée dans l'habitacle est en grande partie dissipée par l'ensemble des surfaces de contact avec l'air extérieur. Moreover, the efficiency of an electrical resistance is less than 100%. In addition, when the passenger compartment is preheated during the charging of the electric storage, for the case of so-called "plug-in" vehicles, designating in English electric or hybrid vehicles having a plug connection to the power grid to recharge the storer electrical, energy stored in the passenger compartment is largely dissipated by all the surfaces of contact with the outside air.
Il existe donc un besoin de pallier les problèmes précités et proposer une solution de préchauffage de l'habitacle dont le rendement énergétique est amélioré. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de chauffage de l'air d'un habitacle d'un véhicule automobile comprenant un stockeur électrique et un moyen de chauffage de l 'habitacle . There is therefore a need to overcome the aforementioned problems and to provide a cabin warm-up solution whose energy efficiency is improved. More specifically, the invention relates to a method of heating the air of a passenger compartment of a motor vehicle comprising an electric storage and a heating means of the passenger compartment.
Avantageusement, le procédé comprend les étapes successives suivantes : le stockage d'énergie thermique dans le corps du stockeur électrique, le transfert d'énergie thermique stockée dans le corps du stockeur électrique vers le moyen de chauffage. Plus particulièrement, les étapes de stockage et de transfert d'énergie thermique sont opérées par une pompe à chaleur du véhicule automobile, la pompe à chaleur pouvant être configurée pour stocker de l'énergie thermique dans le corps du stockeur électrique, puis, pour transférer l'énergie thermique stockée dans le corps du stockeur électrique vers le moyen de chauffage. Advantageously, the method comprises the following successive steps: the storage of thermal energy in the body of the electrical storer, the transfer of thermal energy stored in the body of the electrical storer to the heating means. More particularly, the steps of storage and transfer of thermal energy are performed by a heat pump of the motor vehicle, the heat pump can be configured to store thermal energy in the body of the electrical storage, and then, to transfer the thermal energy stored in the body of the electrical store to the heating means.
Selon une variante, le procédé comprend également, préalablement à l'étape de stockage d'énergie thermique, une étape de programmation de pré-conditionnement de l'habitacle à une température commandée. According to one variant, the method also comprises, prior to the thermal energy storage step, a pre-conditioning programming step of the passenger compartment at a controlled temperature.
De préférence, l'étape de stockage d'énergie thermique est arrêtée lorsque la température du stockeur électrique a atteint une limite supérieure de température du fonctionnement nominal du stockeur électrique. Preferably, the step of storing thermal energy is stopped when the temperature of the electrical storage unit has reached an upper temperature limit of the nominal operation of the electrical storage unit.
De préférence, l'étape de transfert d'énergie thermique est autorisée tant que la température du stockeur électrique est supérieure à une limite inférieure de température du fonctionnement nominal du stockeur électrique. Plus précisément, l'étape de stockage d'énergie thermique est commandée lorsqu'au moins une des conditions suivantes est détectée : Preferably, the thermal energy transfer step is allowed as long as the temperature of the electrical storage is greater than a lower temperature limit of the nominal operation of the electrical storage unit. More precisely, the step of storing thermal energy is controlled when at least one of the following conditions is detected:
- une phase de rechargement en énergie électrique du stockeur électrique est active, - une requête de pré-conditionnement de l'habitacle à une température programmée est active, a phase of recharging electrical energy of the electrical storer is active; a request for pre-conditioning of the passenger compartment at a programmed temperature is active;
- la température de l'air extérieur au véhicule est inférieure à un seuil de déclenchement, une phase de rechargement à partir d'énergie électrique provenant d'une source d'énergie électrique extérieure est active, par exemple un réseau électrique. the temperature of the air outside the vehicle is below a triggering threshold, a recharging phase from electrical energy from an external electrical power source is active, for example an electrical network.
L'invention prévoit également un véhicule automobile comprenant un stockeur électrique et un moyen de chauffage de l'air de l'habitacle conçu pour la mise en œuvre du procédé tel que décrit ci-dessus. Avantageusement, le véhicule comprend des moyens pour stocker de l'énergie thermique dans le corps du stockeur électrique et pour transférer l'énergie thermique stockée dans le corps du stockeur électrique vers le moyen de chauffage. The invention also provides a motor vehicle comprising an electrical storer and a cabin air heating means designed for carrying out the method as described above. Advantageously, the vehicle comprises means for storing thermal energy in the body of the electrical storer and for transferring the thermal energy stored in the body of the electrical storer to the heating means.
Plus précisément, les moyens pour stocker et transférer l'énergie thermique sont une pompe à chaleur comprenant un circuit de circulation d'un fluide frigorigène diphasique, un compresseur propre à compresser et chauffer le fluide frigorigène en phase gazeuse, un échangeur d'équipement propre à échanger de l'énergie thermique avec le corps du stockeur, et le moyen de chauffage est un condenseur relié au circuit de circulation de la pompe à chaleur et agencé pour émettre de l'énergie thermique du fluide frigorigène vers l'habitacle, la pompe à chaleur étant configurée, lors de l'étape de stockage de l'énergie thermique dans le corps du stockeur électrique, pour comprimer le fluide frigorigène et diriger le fluide frigorigène comprimé et chauffé dans 1 'échangeur d'équipement, puis, lors de l'étape de transfert de l'énergie thermique vers le moyen de chauffage, pour diriger le fluide frigorigène issu de 1 'échangeur d'équipement vers le condenseur. More specifically, the means for storing and transferring thermal energy are a heat pump comprising a circulation circuit of a two-phase refrigerant, a compressor capable of compressing and heating the refrigerant in the gas phase, a clean equipment exchanger exchanging thermal energy with the body of the storer, and the heating means is a condenser connected to the circulation circuit of the heat pump and arranged to emit thermal energy from the refrigerant to the passenger compartment, the pump during the step of storing the thermal energy in the body of the electrical storage unit, for compressing the refrigerant and directing the compressed and heated refrigerant into the equipment exchanger, and then, when step of transferring the thermal energy to the heating means, to direct the refrigerant from the equipment exchanger to the condenser.
Plus précisément, le condenseur échange de l'énergie thermique directement avec l'air de l'habitacle, ou indirectement via un circuit de circulation d'un fluide caloporteur relié à un aérotherme propre à échanger de l'énergie thermique avec l'air de l'habitacle. Selon une variante, le véhicule automobile comprend également une interface homme-machine pour programmer une commande de pré-conditionnement de l'habitacle à une température commandée préalablement à l'étape de stockage d'énergie thermique dans le corps du stockeur électrique, par exemple l'interface homme-machine est un tableau de bord, un terminal mobile à communication sans fil ou une clé de démarrage électronique du véhicule. More specifically, the condenser exchanges heat energy directly with the air of the passenger compartment, or indirectly via a circulating circuit of a coolant connected to a heater to exchange heat energy with the air of the passenger compartment. the cockpit. According to one variant, the motor vehicle also comprises a man-machine interface for programming a pre-conditioning control of the passenger compartment at a temperature controlled prior to the step of storing thermal energy in the body of the electrical storer, for example the human-machine interface is a dashboard, a mobile terminal with wireless communication or an electronic starter key of the vehicle.
Grâce à l'invention, la pompe à chaleur exploite l'énergie thermique stockée dans le corps du stockeur électrique durant une phase de charge du stockeur pour préchauffer l'habitacle du véhicule. Le rendement énergétique de la pompe à chaleur est très supérieur à celui d'une solution de chauffage électrique par effet Joule. Le rendement énergétique peut varier entre 120% et 300% en fonction par exemple de la température de la source chaude. Thanks to the invention, the heat pump exploits the thermal energy stored in the body of the electric storage during a loading phase of the storage to preheat the passenger compartment of the vehicle. The energy efficiency of the heat pump is much higher than that of a Joule electric heating solution. The energy yield can vary between 120% and 300% depending for example on the temperature of the hot source.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : Other features and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the following detailed description of embodiments of the invention given as non-limiting examples and illustrated by the appended drawings, in which:
La figure 1 représente une pompe à chaleur connue décrite précédemment dans l'état de l'art. Figure 1 shows a known heat pump previously described in the state of the art.
La figure 2 représente le procédé de chauffage de l'habitacle selon l'invention. FIG. 2 represents the heating method of the passenger compartment according to the invention.
La figure 3 représente un mode de réalisation de la pompe à chaleur permettant la mise en œuvre du procédé de chauffage de l'habitacle du véhicule. Figure 3 shows an embodiment of the heat pump for implementing the heating method of the passenger compartment of the vehicle.
Les figures 4A et 4B représentent la circulation du fluide frigorigène dans la pompe à chaleur lors du stockage d'énergie thermique dans le corps du stockeur et lors du transfert d'énergie thermique du corps du stockeur vers 1 ' aérotherme . FIGS. 4A and 4B show the circulation of the refrigerant in the heat pump during storage of thermal energy in the body of the storer and during the transfer of thermal energy from the body of the storeroom to the unit heater.
La figure 5 représente un mode de fonctionnement de la pompe à chaleur durant le préchauffage de l'habitacle. Figure 5 shows a mode of operation of the heat pump during the preheating of the passenger compartment.
Le mode de réalisation privilégié de l'invention s'applique à un véhicule automobile électrique hybride comprenant une pompe à chaleur. L'invention s'applique de préférence aux véhicules dits « plug-in » ou électriques lors de la recharge avant une utilisation du véhicule. Le véhicule hybride est équipé d'un stockeur électrique pour alimenter une machine électrique ainsi que le réseau de bord. L'invention s'applique à toute technologie de stockeur électrique (lithium, nickel etc.). La pompe à chaleur est avantageusement configurée pour stocker de l'énergie thermique dans le corps du stockeur électrique et pour ensuite transférer l'énergie thermique vers un moyen de chauffage de l'habitacle. The preferred embodiment of the invention applies to a hybrid electric motor vehicle comprising a heat pump. The invention is preferably applied to so-called "plug-in" or electric vehicles when charging before use of the vehicle. The hybrid vehicle is equipped with an electric storage to power an electric machine and the on-board network. The invention applies to any electrical storage technology (lithium, nickel, etc.). The heat pump is advantageously configured to store thermal energy in the body of the electrical storage and then transfer the thermal energy to a heating means of the passenger compartment.
On notera que ce mode de réalisation de la pompe à chaleur peut au moins opérer les différents modes de fonctionnement décrits dans les demandes de brevet déjà déposées par la demanderesse ayant les numéros de publication FR2971042 et FR2988460A1, notamment le mode de réfrigération, le mode de chauffage et les premier et second modes mixtes tels que décrits dans les demandes de brevet mentionnées ci- dessus . It will be noted that this embodiment of the heat pump can at least operate the different modes of operation described in the patent applications already filed by the Applicant having the publication numbers FR2971042 and FR2988460A1, in particular the refrigeration mode, the mode of operation. heating and the first and second mixed modes as described in the patent applications mentioned above.
Plus précisément, la figure 2 représente le procédé de chauffage de l'air de l'habitacle du véhicule automobile. Le procédé comprend une première étape d'attente 10. Le procédé comprend également une étape de stockage 11 d'énergie thermique dans le corps du stockeur électrique, puis une étape de transfert 12 d'énergie thermique stockée dans le corps du stockeur électrique BAT vers le moyen de chauffage CI. More specifically, Figure 2 shows the method of heating the air of the passenger compartment of the motor vehicle. The method comprises a first waiting step 10. The method also comprises a step 11 for storing thermal energy in the body of the electrical storer, and then a step transfer 12 of thermal energy stored in the body of the electrical storage BAT to the heating means CI.
En outre, l'étape de stockage 11 est déclenchée lorsque une ou plusieurs conditions Cl ont été vérifiées. Le stockage d'énergie thermique est préférablement commandé lorsqu'une phase de rechargement en énergie électrique du stockeur électrique BAT est active. Lors de la recharge électrique, la température de fonctionnement du stockeur électrique est en hausse du fait de son fonctionnement. Il est alors avantageux d'opérer un stockage d'énergie supplémentaire. In addition, the storage step 11 is triggered when one or more conditions C1 have been verified. The storage of thermal energy is preferably controlled when an electric power charging phase of the electrical storage BAT is active. When recharging electricity, the operating temperature of the electrical storage is increased because of its operation. It is then advantageous to operate an additional energy storage.
Par ailleurs, l'énergie stockée peut permettre une élévation de la température du stockeur d'environ 30 degrés. Par exemple la quantité d'énergie peut de l'ordre sensiblement de 12000 KJ pour un stockeur ayant une masse d'environ 100kg. La température du stockeur électrique BAT est maintenue préférentiellement entre 15 et 45 degrés sensiblement. Le procédé de chauffage adapte les limites de température minimum et maximum en fonction de la technologie du stockeur électrique utilisé pour maintenir le fonctionnement du stockeur électrique dans les températures nominales . On the other hand, the stored energy can allow the storer temperature to rise by about 30 degrees. For example, the amount of energy can be of the order of substantially 12000 KJ for a storer having a mass of about 100kg. The temperature of the BAT electric storage is preferably maintained between 15 and 45 degrees substantially. The heating method adjusts the minimum and maximum temperature limits according to the technology of the electrical storage device used to maintain the operation of the electrical storage unit at rated temperatures.
En particulier, la phase de rechargement peut être opérée à partir d'énergie électrique provenant d'une source d'énergie électrique extérieure, par exemple un réseau électrique, une génératrice électrique, un stockeur électrique externe, ou des panneaux photovoltaïques. In particular, the recharging phase can be operated from electrical energy from a source of external electrical energy, for example an electrical network, an electric generator, an external electrical storage, or photovoltaic panels.
Selon une variante, le déclenchement de l'étape de stockage 11 peut être fonction en outre de la température de l'air extérieur au véhicule. En particulier, le procédé comprend la vérification de la température de l'air extérieur au regard d'un seuil de déclenchement. Par exemple, le stockage d'énergie thermique peut être déclenché automatiquement si la température de l'air extérieur au véhicule est inférieure à un seuil de déclenchement correspondant à environ 20 degrés Celsius. According to one variant, the triggering of the storage step 11 may also be a function of the temperature of the air outside the vehicle. In particular, the method comprises verifying the temperature of the outside air with regard to a triggering threshold. For example, the storage of thermal energy can be triggered automatically if the outside air temperature at vehicle is below a trigger point corresponding to approximately 20 degrees Celsius.
Par ailleurs, le déclenchement de l'étape de stockage 11 peut être fonction en outre d'une détection d'une requête de pré-conditionnement de l'habitacle à une température programmée. Par exemple, le conducteur peut programmer le pré¬ conditionnement de l'habitacle à une température commandée avant le démarrage de son véhicule. Moreover, the triggering of the storage step 11 may be furthermore a function of detecting a request for preconditioning the passenger compartment at a programmed temperature. For example, the driver can program pre ¬ conditioning of the cabin to a temperature controlled before starting his vehicle.
Préfèrentiellement , le procédé de chauffage peut prévoir préalablement à l'étape de stockage 11 d'énergie thermique, une programmation de pré-conditionnement de l'habitacle à une température commandée durant l'étape d'attente 10. La programmation peut être opérée au moyen de tout type d'interface homme machine. On peut citer par exemple, le tableau de bord du véhicule, un terminal mobile à communication sans fil (par exemple de type cellulaire, communication radiofréquence de courte portée de quelques centimètres à plusieurs mètres, ou communication infrarouge), ou la clé du véhicule par une instruction préprogrammée dans la clé ou un calculateur de supervision du véhicule. Preferably, the heating method can provide prior to the thermal energy storage step 11, a pre-conditioning programming of the passenger compartment at a temperature controlled during the waiting step 10. The programming can be performed at means of any type of human machine interface. For example, the dashboard of the vehicle, a mobile terminal wireless communication (for example cell type, short-range radiofrequency communication from a few centimeters to several meters, or infrared communication), or the vehicle key by a preprogrammed instruction in the key or a vehicle supervision computer.
On notera que l'étape de stockage 11 est arrêtée lorsque la température du stockeur électrique BAT a atteint une limite supérieure de température du fonctionnement nominal du stockeur électrique, ceci pour le maintenir à une température de fonctionnement nominal. Note that the storage step 11 is stopped when the temperature of the electrical storage BAT has reached an upper temperature limit of the nominal operation of the electric storage, to maintain it at a nominal operating temperature.
Par ailleurs, l'étape de transfert d'énergie 12 vers le moyen de chauffage est déclenchée lors qu'une condition C2 de chauffage est détectée. La condition de chauffage C2 peut être la date d'un événement préenregistré par l'utilisateur, par exemple une heure de départ, une température mesurée dans l'habitacle au moyen d'un capteur de température ou à partir d'une information de déclenchement mémorisée dans une mémoire du calculateur de supervision. Furthermore, the energy transfer step 12 to the heating means is triggered when a heating condition C2 is detected. The heating condition C2 may be the date of a pre-recorded event by the user, for example a departure time, a temperature measured in the passenger compartment by means of a temperature sensor or from trigger information stored in a memory of the supervision computer.
Donc, le procédé de chauffage comprend une étape de transfert 12 de l'énergie thermique vers le moyen de chauffage de l'habitacle lorsque la condition de déclenchement C2 est détectée. Le transfert de l'énergie thermique est opéré jusqu'à ce que l'habitacle atteigne une température commandée. L'étape de transfert prévoit de prélever de l'énergie thermique du stockeur électrique BAT pour la transférer au moyen de chauffage. Thus, the heating method comprises a step 12 for transferring the thermal energy to the heating means of the passenger compartment when the triggering condition C2 is detected. The transfer of thermal energy is operated until the cabin reaches a controlled temperature. The transfer step provides for taking thermal energy from the electrical storage BAT to transfer it to the heating means.
De préférence, l'étape de transfert d'énergie thermique 12 est autorisée tant qu'une condition C3 de transfert est détectée, par exemple tant que la température du stockeur électrique BAT est supérieure à une limite inférieure de température du fonctionnement nominal du stockeur électrique. La limite inférieure est d'environ 15 degrés pour un type de stockeur électrique. Preferably, the thermal energy transfer step 12 is allowed as long as a transfer condition C3 is detected, for example as long as the temperature of the electric storage unit BAT is greater than a lower temperature limit of the nominal operation of the electrical storage unit. . The lower limit is about 15 degrees for one type of electrical storage.
Lorsque l'étape de transfert 12 est arrêtée, le procédé de chauffage retourne à l'étape d'attente 10, incluant éventuellement la programmation d'un chauffage de l'habitacle. When the transfer step 12 is stopped, the heating process returns to the waiting step 10, possibly including the programming of a heating of the passenger compartment.
Plus précisément, l'invention prévoit d'opérer les étapes de stockage 11 et de transfert 12 au moyen d'une pompe à chaleur. La figure 3 représente un mode de réalisation de la pompe à chaleur. La pompe à chaleur comprend un premier circuit ferméMore specifically, the invention provides for the steps of storage 11 and transfer 12 by means of a heat pump. Figure 3 shows an embodiment of the heat pump. The heat pump includes a first closed circuit
CCI de circulation d'un fluide frigorigène et un deuxième circuit fermé CC2 de circulation d'eau pour le refroidissement du moteur thermique de traction du véhicule. CCI circulation of a refrigerant and a second closed circuit CC2 water circulation for cooling the thermal engine traction of the vehicle.
Le fluide frigorigène diphasique présente les propriétés de condensation et d ' évaporâtion adaptées pour un fonctionnement d'une pompe à chaleur à basse température. Le deuxième circuit fermé d'eau CC2 est un circuit de refroidissement conventionnel dans un véhicule automobile. Il convient que l'homme de l'art sait adapter le choix d'un fluide caloporteur (fluide frigorigène ou eau) pour le premier circuit de circulation CCI et pour le deuxième circuit de circulation CC2 en fonction de l'application thermique sans sortir du cadre de l'invention. The two - phase refrigerant has the condensation and evaporation properties suitable for operation of a low temperature heat pump. The second closed water circuit CC2 is a conventional cooling circuit in a motor vehicle. The person skilled in the art should adapt the choice of a coolant (refrigerant or water) for the first circulation circuit CCI and for the second circulation circuit CC2 as a function of the thermal application without leaving the framework of the invention.
La pompe à chaleur comprend un compresseur CP propre à pressuriser et chauffer le fluide frigorigène du premier circuit de circulation CCI. Le compresseur CP comprend une voie d'entrée et une voie de sortie pour le passage du fluide frigorigène. Le compresseur est dimensionné pour transformer le fluide entrant, alors en phase gazeuse ou semi-gazeuse, en fluide sortant, en phase gazeuse et à une pression et une température résultante de l'échange. Le fluide entrant est issu d'un évaporateur du circuit de circulation CCI, par exemple d'un échangeur de façade El, d'un évaporateur d'équipement EQl ou du climatiseur EV. The heat pump comprises a CP compressor capable of pressurizing and heating the refrigerant of the first circulation circuit CCI. The compressor CP comprises an inlet channel and an outlet channel for the passage of the refrigerant. The compressor is sized to transform the incoming fluid, then gas phase or semi-gas, outgoing fluid, gas phase and a pressure and a temperature resulting from the exchange. The incoming fluid is derived from an evaporator of the circulation circuit CCI, for example an El facade exchanger, an equipment evaporator EQ1 or the air conditioner EV.
Un condenseur interne CI est connecté sur le premier circuit de circulation du fluide frigorigène. Le condenseur interne CI est chargé de contribuer au chauffage de l'air intérieur de l'habitacle du véhicule par échange thermique avec le fluide frigorigène transformé en gaz chaud et pressurisé par le compresseur CP . Le condenseur interne CI est dimensionné de manière à condenser sensiblement intégralement le fluide frigorigène qui est issu du compresseur afin qu'il soit sensiblement intégralement dans une phase liquide et partiellement refroidi lors d'un échange direct ou indirect avec l'air intérieur, par exemple via le deuxième circuit de circulation CC2 d'eau. An internal condenser CI is connected to the first circulation circuit of the refrigerant. The internal condenser CI is responsible for contributing to the heating of the interior air of the passenger compartment of the vehicle by heat exchange with the refrigerant converted into hot gas and pressurized by the compressor CP. The internal condenser CI is dimensioned so as to substantially completely condense the refrigerant fluid that comes from the compressor so that it is substantially completely in a liquid phase and partially cooled during a direct or indirect exchange with the indoor air, for example via the second circulation circuit CC2 of water.
Le condenseur interne CI est de type gaz/fluide. Il est donc chargé de réchauffer un fluide caloporteur, dans ce cas- ci l'eau, qui circule dans certains de ces conduits ou entre certaines parties de ses plaques empilées et qui est issu du deuxième circuit de circulation d'eau CC2. Le fluide caloporteur réchauffé par le condenseur interne CI est dirigé ensuite vers un aérotherme AE qui est chargé de réchauffer l'air intérieur qui le traverse issu de l'habitacle du véhicule par échange thermique avec le fluide caloporteur. Une pompe PP opère la circulation du fluide caloporteur dans le deuxième circuit CC2 et permet de diriger le fluide caloporteur vers un radiateur du moteur thermique (non représenté sur la figure 2) pour son refroidissement après passage dans l 'aérotherme AE, ainsi que pour son réchauffement suite au démarrage du moteur thermique après réchauffement du fluide caloporteur dans le condenseur interne CI. Il convient que le fluide caloporteur issu de l 'aérotherme AE peut alimenter tout autre système producteur de chaleur pour le refroidissement dudit système. On désigne par le terme aérotherme un échangeur de chaleur de type air /liquide. The internal condenser CI is of gas / fluid type. It is therefore responsible for heating a coolant, in this case water, which circulates in some of these conduits or between parts of its stacked plates and which comes from the second water circulation circuit CC2. The coolant heated by the internal condenser IC is then directed to a heater AE which is responsible for heating the indoor air that passes through the passenger compartment of the vehicle by heat exchange with the heat transfer fluid. A pump PP operates the circulation of the coolant in the second circuit CC2 and directs the heat transfer fluid to a radiator of the engine (not shown in Figure 2) for cooling after passage in the heater AE, and for its heating after starting the heat engine after heating of the heat transfer fluid in the internal condenser CI. It is appropriate that the heat transfer fluid from the heater AE can supply any other heat generating system for cooling said system. The term "air heater" denotes an air / liquid type heat exchanger.
Dans un autre mode de réalisation, non représenté par les figures, le condenseur interne CI peut être de type gaz/air. Dans ce cas, il est chargé de chauffer l'air intérieur qui le traverse par échange thermique et qui circule entre ses conduits ou entre ses plaques empilées. In another embodiment, not shown in the figures, the internal condenser CI may be of gas / air type. In this case, it is responsible for heating the indoor air that passes through heat exchange and flowing between its ducts or between its stacked plates.
On entend par air intérieur, l'air soufflé dans l'habitacle du véhicule automobile. Air inside means the air blown into the passenger compartment of the motor vehicle.
Un échangeur de façade El, préfèrent iellement positionné à l'avant du véhicule, permet d'échanger de l'énergie thermique avec l'air extérieur. L 'échangeur de façade est dimensionné pour fonctionner soit comme un évaporateur, soit comme un condenseur, et est de type air/fluide, le fluide étant sous la forme d'un liquide, lorsqu'il est utilisé comme un évaporateur, ou sous la forme gazeuse lorsqu'il est utilisé comme un condenseur. Ainsi, il est chargé de chauffer ou refroidir le fluide frigorigène qui circule dans certains de ces conduits, ou entre certaines parties de ses plaques empilées. L'échangeur de façade El comprend deux voies pour l'entrée et la sortie du fluide frigorigène, opérant chacune alternativement l'entrée ou la sortie du fluide selon le fonctionnement en évaporateur ou en condenseur . An EI front heat exchanger, preferably positioned at the front of the vehicle, allows the exchange of thermal energy with the outside air. The facade exchanger is sized to operate either as an evaporator or as a condenser, and is of the air / fluid type, the fluid being in the form of a liquid, when it is used as an evaporator, or under the form gaseous when used as a condenser. Thus, it is responsible for heating or cooling the refrigerant circulating in some of these conduits, or between parts of its stacked plates. The front heat exchanger El comprises two channels for the inlet and the outlet of the refrigerant, each operating alternately the inlet or the outlet of the fluid according to the operation in evaporator or condenser.
Un premier détendeur DT1 est connecté aux voies d'entrée et de sorties de l'échangeur de façade El. Lorsqu'il fonctionne en évaporateur, le détendeur DT1 est chargé de dépressuriser le fluide frigorigène entrant dans l'échangeur de façade El et de réguler ainsi la décompression et 1 'évaporation du fluide frigorigène entrant dans l'échangeur de façade El en fonction de la température de sortie. De préférence, le détendeur dispose d'un réglage thermostatique propre qui permet de commander la détente du fluide frigorigène en fonction de la température et la pression du fluide sortant de l'échangeur de façade. Dans ce cas-ci, l'échangeur de façade El réchauffe le fluide frigorigène issu du détendeur DT1 par l'action d ' évaporâtion . A first pressure reducer DT1 is connected to the input and output channels of the front heat exchanger El. When it operates as an evaporator, the pressure regulator DT1 is responsible for depressurizing the refrigerant entering the heat exchanger E1 and regulating thus the decompression and evaporation of the refrigerant entering the front heat exchanger El as a function of the outlet temperature. Preferably, the pressure reducer has a clean thermostatic setting which controls the expansion of the refrigerant depending on the temperature and the pressure of the fluid exiting the front exchanger. In this case, the front heat exchanger El warms the refrigerant from the expander DT1 by the evaporation action.
Lorsque l'échangeur de façade El fonctionne comme un condenseur, il refroidit et condense le fluide frigorigène issu soit du compresseur CP, soit du sous-refroidisseur SR. Le sous-refroidisseur SR est de préférence externe similairement à l'échangeur de façade El. Il favorise le refroidissement du fluide frigorigène par échange avec l'air extérieur. Il peut, par exemple, comporter des conduits, ou des tubes empilés, dans ou entre lesquels circule le fluide frigorigène à sous refroidir par échange avec l'air extérieur qui le traverse. Par exemple, il s'agit d'un échange air/liquide. La pompe à chaleur peut être agencée pour que le sous refroidisseur SR refroidisse le liquide frigorigène issu soit du condenseur interne CI afin d'alimenter le premier détendeur DT1 puis l'échangeur de façade El qui fonctionne comme un évaporateur, soit de l'échangeur de façade El lorsqu'il fonctionne en condenseur. L'opération de sous refroidissement préalable à la circulation du fluide dans un évaporateur augmente les capacités de chauffage du fluide frigorigène lorsque celui-ci est ensuite dirigé dans un détendeur puis dans un évaporateur, par exemple l'échangeur de façade El, l'échangeur d'équipement EQ1 ou 1 ' évaporateur EV du climatiseur . When the front exchanger El operates as a condenser, it cools and condenses the refrigerant from either the compressor CP or subcooler SR. The subcooler SR is preferably external similarly to the front heat exchanger El. It promotes the cooling of the refrigerant by exchange with the outside air. It may, for example, comprise ducts, or stacked tubes, in or between which circulates the refrigerant to be cooled by exchange with the outside air passing therethrough. For example, it is an air / liquid exchange. The heat pump can be arranged so that the subcooler SR cools the refrigerant coming from the internal condenser CI to supply the first pressure regulator DT1 and then the front heat exchanger El that functions as an evaporator, or the heat exchanger. El facade when operating in condenser. The sub-cooling operation prior to the circulation of the fluid in an evaporator increases the heating capacities of the refrigerant when it is then directed into a pressure reducer and then into an evaporator, for example the front heat exchanger El, the heat exchanger EQ1 equipment or EV evaporator of the air conditioner.
De préférence, le sous-refroidisseur SR est agencé pour échanger thermiquement avec l'échangeur de façade El. Pour cela, il est monté de sorte que sa surface d'échange soit à proximité de la surface d'échange de l'échangeur de façade El, par montage en regard ou par entremêlement des conduits ou plaques empilées. Une des fonctions du sous-refroidisseur est d'empêcher la formation de givre à la surface extérieure de l'échangeur de façade lors de températures négatives par exemple, empêchant son bon fonctionnement. Notamment, lors de températures négatives, le sous-refroidissement du fluide frigorigène, avant son passage dans l'échangeur de façade El, permet de chauffer l'air environnant et d'empêcher le gel de la surface d'échange de l'échangeur de façade El permettant ainsi au système de fonctionner efficacement à des températures négatives. Preferably, the subcooler SR is arranged to heat exchange with the front heat exchanger El. For this, it is mounted so that its exchange surface is close to the exchange surface of the facade exchanger. El, by mounting opposite or intermingling ducts or plates stacked. One of the functions of the subcooler is to prevent the formation of frost on the outer surface of the facade exchanger during negative temperatures, for example, preventing its proper operation. In particular, during negative temperatures, the subcooling of the refrigerant, before it passes through the front heat exchanger El, makes it possible to heat the surrounding air and to prevent the freezing of the exchange surface of the heat exchanger. El façade thus allowing the system to operate effectively at negative temperatures.
On notera également qu'il est préférable de prévoir en amont de l'entrée du sous refroidisseur SR un réservoir DS de déshydratation destiné à garantir que le fluide frigorigène qui parvient dans le sous refroidisseur SR est exclusivement en phase liquide. En outre, il peut également assurer une fonction de filtration, et/ou une fonction de réservoir et/ou une fonction de séparation des phases gazeuse et liquide. It will also be noted that it is preferable to provide, upstream of the inlet of the sub-cooler SR, a dewatering tank DS intended to ensure that the refrigerant which arrives in the sub-cooler SR is exclusively in the liquid phase. In addition, it can also ensure filtration function, and / or a reservoir function and / or a separation function of the gaseous and liquid phases.
Dans le cadre de l'invention, la pompe à chaleur comprend un échangeur d'équipement EQ1 associé au stockeur électrique BAT pour réguler la température de fonctionnement du stockeur électrique. L 'échangeur d'équipement EQ1 est dimensionné pour fonctionner soit comme un évaporateur, soit comme un condenseur. Ainsi, il est chargé de chauffer et évaporer ou refroidir et condenser le fluide frigorigène qui circule dans certains de ces conduits, ou entre certaines parties de ses plaques empilées en prélevant ou stockant de l'énergie thermique issue du fluide frigorigène dans le corps du stockeur électrique BAT. L'échange thermique est de type fluide/matière avec le corps du stockeur électrique. On notera que le fluide frigorigène peut être soit en phase liquide, soit en phase gazeuse selon le mode de fonctionnement de 1 'échangeur d'équipement El. In the context of the invention, the heat pump comprises an equipment heat exchanger EQ1 associated with the electric storage BAT to regulate the operating temperature of the electrical storage. The EQ1 equipment exchanger is sized to operate as either an evaporator or a condenser. Thus, it is responsible for heating and evaporating or cooling and condensing the refrigerant circulating in some of these conduits, or between parts of its stacked plates by taking or storing thermal energy from the refrigerant in the body of the storer BAT electric. The heat exchange is fluid / material with the body of the electrical storage. It will be noted that the refrigerant may be either in the liquid phase or in the gas phase depending on the operating mode of the equipment exchanger E1.
L'échange avec les cellules du stockeur électrique peut se faire par conduction directe de contact ou par l'intermédiaire d'une circulation de fluide (air/liquide caloporteur) (variante non illustrée ici) . The exchange with the cells of the electrical storage can be done by direct contact conduction or via a fluid flow (air / heat transfer liquid) (variant not shown here).
L'échangeur d'équipement EQ1 comprend deux voies pour l'entrée et la sortie du fluide frigorigène, opérant chacune alternativement l'entrée ou la sortie du fluide et permettant le fonctionnement en évaporateur ou condenseur selon l'état de phase du fluide frigorigène et son sens de circulation. The equipment exchanger EQ1 comprises two channels for the inlet and the outlet of the refrigerant, each alternately operating the inlet or the outlet of the fluid and allowing operation as an evaporator or condenser according to the phase state of the refrigerant and his sense of circulation.
Un deuxième détendeur DT2 est connecté aux voies d'entrée et de sortie de l'échangeur d'équipement EQ1. Le détendeur DT2 est chargé de dépressuriser le fluide frigorigène entrant dans l'échangeur d'équipement EQ1 et de réguler ainsi la décompression et 1 ' évaporâtion du fluide frigorigène entrant dans l'échangeur d'équipement EQ1 en fonction de la température de sortie. De préférence, le deuxième détendeur DT2 dispose d'un réglage thermostatique propre qui permet de commander la détente du fluide frigorigène en fonction de la température et la pression du fluide sortant de l'échangeur d'équipement EQ1. Dans ce cas- ci, l'échangeur d'équipement EQ1 réchauffe le fluide frigorigène issu du deuxième détendeur DT2 par l'action d ' évaporât ion . A second expansion valve DT2 is connected to the input and output channels of the EQ1 equipment exchanger. The pressure reducer DT2 is responsible for depressurizing the refrigerant entering the equipment exchanger EQ1 and thus regulating the decompression and evaporation of the refrigerant entering the EQ1 equipment exchanger. function of the outlet temperature. Preferably, the second regulator DT2 has a clean thermostatic setting which controls the expansion of the refrigerant according to the temperature and the pressure of the fluid exiting the equipment exchanger EQ1. In this case, the equipment exchanger EQ1 warms the refrigerant from the second expander DT2 by the evaporation action.
La pompe à chaleur comprend également un évaporateur EV de climatiseur chargé de refroidir l'air intérieur de l'habitacle du véhicule. Un troisième détendeur DT3 est connecté aux voies d'entrée et de sortie de 1 ' évaporateur EV. Le détendeur DT3 est chargé de dépressuriser le fluide frigorigène entrant dans 1 ' évaporateur EV et de réguler ainsi la décompression et 1 ' évaporât ion du fluide frigorigène entrant dans 1 ' évaporateur EV en fonction de la température de sortie. De préférence, le troisième détendeur DT3 dispose d'un réglage thermostatique propre qui permet de commander la détente du fluide frigorigène en fonction de la température et la pression du fluide sortant de 1 ' évaporateur EV. The heat pump also includes an evaporator EV air conditioner responsible for cooling the air inside the passenger compartment of the vehicle. A third expander DT3 is connected to the input and output channels of the EV evaporator. The pressure reducer DT3 is responsible for depressurizing the refrigerant entering the evaporator EV and thus regulating the decompression and evaporation of the refrigerant entering the evaporator EV as a function of the outlet temperature. Preferably, the third regulator DT3 has a clean thermostatic setting which allows the expansion of the refrigerant to be controlled depending on the temperature and the pressure of the fluid leaving the evaporator EV.
L ' évaporateur EV de climatiseur réchauffe le fluide frigorigène, et ainsi, refroidit l'air intérieur qui circule entre ses conduits, ou ses plaques empilées, dans ou entre lesquels circule également le fluide frigorigène. L'air intérieur refroidi est ensuite renvoyé dans l'habitacle. The air conditioner EV evaporator heats the refrigerant, and thereby cools the interior air that flows between its stacked ducts, or plates, in or between which the refrigerant also circulates. The cooled interior air is then returned to the cabin.
Dans un mode de fonctionnement de la pompe à chaleur, le climatiseur est utilisé pour désembuer l'habitacle par l'effet de la condensation de l'eau sur 1 ' évaporateur EV contenue dans l'air soufflé sur les parois vitrées de l'habitacle. Ce mode peut être avantageusement utilisé simultanément au chauffage de l'habitacle. Dans une variante, la pompe à chaleur ne comprend pas d ' évaporateur de climatiseur. In one mode of operation of the heat pump, the air conditioner is used to demist the cabin by the effect of the condensation of water on one evaporator EV contained in the air blown on the glass walls of the passenger compartment. . This mode can be advantageously used simultaneously heating the cabin. In a variant, the heat pump does not include an air conditioner evaporator.
Par ailleurs, le premier circuit de circulation CCI du fluide frigorigène comprend des vannes V31, V32, V33, V34, V35, V36, V42, V43 multivoies. Les vannes permettent de piloter la circulation du fluide frigorigène pour opérer les divers modes de fonctionnement de la pompe à chaleur. Furthermore, the first circulation circuit CCI of the refrigerant comprises valves V31, V32, V33, V34, V35, V36, V42, V43 multipaths. The valves make it possible to control the circulation of the refrigerant to operate the various modes of operation of the heat pump.
Par exemple dans le mode de réalisation décrit par les figures 4A et 4B, la vanne V43 est une vanne deux voies connectant au moyen d'un premier raccord hydraulique Tl en forme de T, une première voie VI de l'échangeur d'équipement EQ1 avec un conduit en aval du compresseur CP et sur une première voie du condenseur interne CI . For example, in the embodiment described in FIGS. 4A and 4B, the valve V43 is a two-way valve connecting by means of a first T-shaped hydraulic connection T1, a first channel VI of the equipment exchanger EQ1. with a duct downstream of the compressor CP and on a first channel of the internal condenser CI.
La vanne V42 est une vanne trois voies connectant au moyen d'un deuxième raccord hydraulique T2 en forme de T, une deuxième voie V2 de l'échangeur d'équipement EQ1 avec un conduit en aval du compresseur CP et sur une deuxième voie du condenseur interne CI, ainsi que sur une première voie du deuxième détendeur DT2. De plus, la vanne V42 est connectée en amont du compresseur CP sur le premier circuit de circulation CCI du fluide au moyen d'un troisième raccord hydraulique T3, via la première voie du deuxième détendeur DT2. The valve V42 is a three-way valve connecting by means of a second T-shaped hydraulic coupling T2 a second channel V2 of the equipment exchanger EQ1 with a pipe downstream of the compressor CP and on a second channel of the condenser internal CI, as well as on a first channel of the second regulator DT2. In addition, the valve V42 is connected upstream of the compressor CP on the first circulation circuit CCI of the fluid by means of a third hydraulic connection T3, via the first channel of the second expander DT2.
La vanne V36 est une vanne deux voies connectant au moyen d'un quatrième raccord hydraulique T4 en forme de T une deuxième voie du détendeur DT2 avec un conduit en sortie du sous refroidisseur SR, par conséquent en amont du compresseur dans le sens de circulation du fluide frigorigène. The valve V36 is a two-way valve connecting by means of a fourth T-shaped hydraulic connection T4 a second channel of the expansion valve DT2 with a duct at the outlet of the sub-cooler SR, therefore upstream of the compressor in the direction of flow of the Refrigerant.
Donc, la première voie du deuxième détendeur DT2 est connectée à la vanne V42, elle-même connectée à la deuxième voie V2 de l'échangeur d'équipement EQ1, et la deuxième voie du détendeur DT2 est connectée à la première voie VI de l'échangeur d'équipement EQl. Thus, the first channel of the second expansion valve DT2 is connected to the valve V42, itself connected to the second channel V2 of the equipment exchanger EQ1, and the second channel the regulator DT2 is connected to the first channel VI of the equipment exchanger EQ1.
Avantageusement, l'agencement des vannes V42, V43, V36 et des raccords hydrauliques permettent d'utiliser l'échangeur d'équipement EQl soit comme un condenseur, soit comme un évaporateur. L'invention permet d'utiliser un unique échangeur thermique pour les opérations d ' évaporâtion et de condensation du fluide frigorigène réduisant ainsi l'encombrement et le coût d'installation. On notera que les raccords hydrauliques Tl, T2, T3, T4 permettent la dérivation ou la réunion du fluide selon le sens de circulation. Advantageously, the arrangement of the valves V42, V43, V36 and hydraulic connections makes it possible to use the equipment exchanger EQ1 either as a condenser or as an evaporator. The invention makes it possible to use a single heat exchanger for evaporating and condensing refrigerant operations, thus reducing the space requirement and the cost of installation. It will be noted that the hydraulic connections T1, T2, T3, T4 allow the derivation or the union of the fluid in the direction of circulation.
Par exemple, les raccords hydrauliques Tl, T2, T3, T4 sont de forme en T comportant des embouts d'union de conduits pour la connexion des conduits de l'échangeur d'équipements EQl et des vannes V36, V42, V43. Si une configuration de la pompe à chaleur nécessite la fermeture définitive d'un raccord hydraulique pendant la fabrication du véhicule ou après la fabrication, les embouts peuvent être bouchés au moyen de fermetures adaptées. La figure 4A représente la pompe à chaleur et la circulation du fluide frigorigène durant l'étape de stockage 11 d'énergie thermique BAT, les vannes V42 et V43 sont ouvertes et la vanne V36 est fermée. La vanne V42 permet la circulation du fluide frigorigène issu du compresseur CP vers la deuxième voie V2 de l'échangeur d'équipement EQl. La vanne V43 permet le retour du fluide frigorigène. Cette configuration des vannes V42, V43, V36 permet de dériver le fluide frigorigène, alors chauffé et à l'état gazeux, issu du compresseur CP dans l'échangeur d'équipement EQl, en entrée par la deuxième voie V2 et en sortie par la première voie VI. Le fluide frigorigène continue la circulation dans le conduit connecté à la première voie du condenseur interne CI, retournant avec une partie du fluide sortant du condenseur interne CI . For example, the hydraulic connections Tl, T2, T3, T4 are T-shaped having conduit union ends for connecting the conduits of the equipment exchanger EQ1 and valves V36, V42, V43. If a configuration of the heat pump requires the permanent closure of a hydraulic connection during the manufacture of the vehicle or after manufacture, the end pieces may be plugged by means of suitable closures. FIG. 4A shows the heat pump and the circulation of the refrigerant during the thermal energy storage step BAT, the valves V42 and V43 are open and the valve V36 is closed. The valve V42 allows the circulation of the refrigerant from the compressor CP to the second channel V2 of the equipment exchanger EQ1. The valve V43 allows the return of the refrigerant. This configuration of the valves V42, V43, V36 makes it possible to derive the refrigerant, which is then heated and in the gaseous state, from the compressor CP in the equipment exchanger EQ1, at the input via the second channel V2 and at the output by the first way VI. The refrigerant continues the circulation in the conduit connected to the first channel of the internal condenser CI, returning with a portion of the fluid exiting the internal condenser CI.
L'étape de stockage 11 d'énergie thermique dans le stockeur électrique BAT peut être commandée dés lors qu'une requête de chauffage de l'habitacle est active. Le fluide frigorigène issu du compresseur CP est dirigé en partie vers le condenseur interne CI et en partie vers l'échangeur d'équipement EQ1. Par exemple, ce mode est actif pour des températures sensiblement inférieures à 15 ou 20 degrés. Bien entendu, le chauffage du stockeur électrique peut être commandé sans que le condenseur interne CI échange avec le deuxième circuit de circulation CC2. Dans ce dernier cas, la pompe PP n'est pas en fonctionnement, réduisant l'échange thermique . La figure 4B représente la pompe à chaleur et la circulation du fluide frigorigène durant l'étape de transfert 12 d'énergie thermique, les vannes V36, V42 sont ouvertes tandis que la vanne V43 est fermée. La vanne V42 permet la circulation du fluide de la deuxième voie V2 de l'échangeur d'équipement EQ1 vers le conduit en amont du compresseur CP . La vanne V36 permet la circulation du fluide frigorigène vers la première voie de l'échangeur d'équipement EQ1. Cette configuration des vannes V42, V43, V36 permet de diriger le fluide frigorigène, alors refroidi et en phase liquide, issu du sous-refroidisseur SR ou de l'échangeur de façade El, dans l'échangeur d'équipement EQ1, en entrée par la première voie VI via le deuxième détendeur DT2 et en sortie par la deuxième voie V2. Le fluide frigorigène continue la circulation dans le conduit en amont du compresseur CP pour être ensuite dirigé dans le compresseur CP . The storage step 11 of thermal energy in the electrical storage BAT can be controlled as soon as a heating request of the cabin is active. The refrigerant from the compressor CP is directed in part towards the internal condenser CI and partly towards the equipment exchanger EQ1. For example, this mode is active for temperatures substantially lower than 15 or 20 degrees. Of course, the heating of the electrical storage can be controlled without the internal condenser CI exchange with the second circulation circuit CC2. In the latter case, the pump PP is not in operation, reducing the heat exchange. FIG. 4B shows the heat pump and the circulation of the refrigerant during the heat energy transfer step 12, the valves V36, V42 are open while the valve V43 is closed. The valve V42 allows the circulation of the fluid from the second channel V2 of the equipment exchanger EQ1 to the duct upstream of the compressor CP. The V36 valve allows refrigerant flow to the first channel of the EQ1 equipment heat exchanger. This configuration of the valves V42, V43, V36 makes it possible to direct the refrigerant, then cooled and in the liquid phase, coming from the subcooler SR or the facade exchanger E1, into the equipment exchanger EQ1, in input by the first channel VI via the second expansion valve DT2 and output by the second channel V2. The refrigerant continues the circulation in the duct upstream of the compressor CP and is then directed into the compressor CP.
La figure 5 représente un mode de fonctionnement avantageux de la pompe à chaleur et la circulation complète du fluide frigorigène. Grâce à l'invention, si la température extérieure est inférieure à 25 degrés, ce mode de fonctionnement permet le chauffage de l'air de l'habitacle du véhicule à partir d'énergie thermique préalablement stockée dans le corps du stockeur électrique BAT. FIG. 5 represents an advantageous mode of operation of the heat pump and the complete circulation of the Refrigerant. Thanks to the invention, if the outside temperature is less than 25 degrees, this operating mode allows the heating of the air of the passenger compartment of the vehicle from thermal energy previously stored in the body of the electrical storage BAT.
Par exemple, avantageusement le pilotage de la régulation de la température du stockeur électrique BAT est programmé pour commander la température du stockeur BAT à une température sensiblement de 40 degrés. Puis, lorsqu'une requête de chauffage de l'habitacle est activée, le pilotage de la régulation de la température du stockeur BAT est programmé pour refroidir le stockeur électrique BAT et transférer l'énergie thermique préalablement stockée dans le corps du stockeur électrique BAT vers l'habitacle. Le stockeur électrique BAT peut être refroidi jusqu'à atteindre une limite de température minimum, sensiblement équivalent à la limite inférieure de température du fonctionnement nominal du stockeur électrique. For example, advantageously the control of the temperature control of the electric storage BAT is programmed to control the temperature of the storage BAT at a temperature of substantially 40 degrees. Then, when a heating request of the passenger compartment is activated, the control of the temperature control of the storage BAT is programmed to cool the electric storage BAT and transfer the thermal energy previously stored in the body of the electrical storage BAT to the cockpit. The BAT electrical storage can be cooled to a minimum temperature limit, substantially equivalent to the lower temperature limit of nominal operation of the electrical storage.
Plus précisément, les vannes V42, V43, V36 sont configurées pour transférer l'énergie thermique du corps du stockeur BAT vers l'habitacle, comme décrit précédemment dans la figure 4B. On débutera la description de la boucle de refroidissement par le compresseur CP . Le compresseur CP pressurise et chauffe le fluide frigorigène diphasique gazeux issu de l'échangeur d'équipement EQ1, agissant comme un évaporateur. La vanne V34 dirige ensuite le fluide vers la deuxième voie du condenseur interne CI, la voie d'entrée du fluide frigorigène. Un échange thermique se déroule entre le fluide frigorigène et le fluide caloporteur du deuxième circuit de circulation, correspondant au circuit de refroidissement du moteur thermique, via le condenseur interne CI. La pompe PP, alors active, opère la circulation du fluide caloporteur pour diriger le fluide caloporteur réchauffé par le condenseur interne CI vers 1 ' aérotherme AE . L ' aérotherme fonctionne alors pour chauffer l'air de l'habitacle. Une fois le fluide caloporteur refroidi celui retourne directement dans le condenseur interne, ou indirectement via le radiateur du moteur thermique. Le fluide frigorigène refroidi sort du condenseur interne CI par la première voie, voie de sortie, et la vanne V33 le dirige ensuite vers le sous-refroidisseur SR, en passant préalablement dans le réservoir de déshydratation DS et éventuellement si nécessaire d'abord dans le condenseur de façade El. Le sous-refroidisseur refroidit le fluide frigorigène avec l'air extérieur et le fluide est ensuite dirigé vers la vanne V36, puis le deuxième détendeur DT2. Le fluide est alors dépressurisé et entre dans l'échangeur d'équipement EQ1 par la première voie VI. Le fluide frigorigène, alors sous forme de liquide dépressurisé, s'évapore, prélevant ainsi de l'énergie thermique dans le corps du stockeur, et sort par la deuxième voie V2. Ensuite, le fluide frigorigène est dirigé par la vanne V42 en amont du compresseur pour être de nouveau pressurisé et chauffé. Par ailleurs, lors du refroidissement du stockeur électrique BAT, le fluide frigorigène issu du sous- refroidisseur peut être dirigé en partie vers le deuxième détendeur DT2 et en partie vers le troisième détendeur DT3. Les vannes V36, V35 commandant le débit de fluide frigorigène vers le deuxième et troisième détendeur DT2, DT3 respectivement. Dans un mode avantageux, le climatiseur fonctionne en même temps que l' aérotherme AE pour le désembuage de l'habitacle. Specifically, valves V42, V43, V36 are configured to transfer thermal energy from the body of the BAT storer to the passenger compartment, as previously described in Figure 4B. We will begin the description of the cooling loop by the compressor CP. The CP compressor pressurizes and heats the two-phase gaseous refrigerant from the EQ1 equipment exchanger, acting as an evaporator. The valve V34 then directs the fluid to the second channel of the internal condenser CI, the refrigerant inlet channel. A heat exchange takes place between the refrigerant and the heat transfer fluid of the second circulation circuit, corresponding to the cooling circuit of the heat engine, via the internal condenser CI. The pump PP, then active, operates the circulation of the coolant to direct the heat transfer fluid heated by the internal condenser CI towards the heater AE. The heater then works to heat the cabin air. Once the heat transfer fluid has cooled, it returns directly into the internal condenser, or indirectly via the radiator of the heat engine. The cooled refrigerant flows out of the internal condenser IC by the first channel, the outlet channel, and the valve V33 then directs it to the subcooler SR, by first passing into the dewatering tank DS and possibly, if necessary, first into the The subcooler cools the refrigerant with the outside air and the fluid is then directed to the valve V36 and the second regulator DT2. The fluid is then depressurized and enters the equipment exchanger EQ1 by the first channel VI. The refrigerant, then in the form of a depressurized liquid, evaporates, thus taking thermal energy in the body of the storer, and exits through the second channel V2. Then, the refrigerant is directed by the valve V42 upstream of the compressor to be pressurized again and heated. Moreover, during the cooling of the electrical storage BAT, the refrigerant from the subcooler can be directed in part to the second expander DT2 and partly to the third expander DT3. Valves V36, V35 controlling the flow of refrigerant to the second and third expander DT2, DT3 respectively. In an advantageous mode, the air conditioner operates at the same time as the air heater AE for demisting the passenger compartment.
Dans une variante de la pompe à chaleur, l'échangeur d'équipement EQ1 est connecté dans le premier circuit de circulation CCI en sortie du condenseur interne CI. Plus précisément, en mode de chauffage du stockeur électrique BAT, en sortie du compresseur CP, le fluide frigorigène est tout d'abord dirigé vers le condenseur interne CI, réduisant la température du fluide frigorigène, puis vers l'échangeur d'équipement EQ1. Cette variante présente l'avantage de réduire la température du fluide, pouvant être à 90 degrés en sortie du compresseur, avant qu'il ne circule dans l'échangeur d'équipement EQ1. En effet, il est préférable que le fluide frigorigène circulant à proximité du stockeur électrique ne dépasse pas sensiblement les températures limites de fonctionnement du stockeur électrique BAT. Dans une autre variante, l'échangeur d'équipement EQ1 est connecté en parallèle hydraulique du sous-refroidisseur SR. In a variant of the heat pump, the equipment heat exchanger EQ1 is connected in the first circulation circuit CCI at the outlet of the internal condenser CI. More precisely, in the heating mode of the electrical storage unit BAT, at the output of the compressor CP, the refrigerant is all first directed to the internal condenser CI, reducing the temperature of the refrigerant, then to the equipment exchanger EQ1. This variant has the advantage of reducing the fluid temperature, which can be 90 degrees at the outlet of the compressor, before it circulates in the equipment exchanger EQ1. Indeed, it is preferable that the refrigerant flowing in the vicinity of the electrical storage unit does not substantially exceed the operating limit temperatures of the electrical storage BAT. In another variant, the equipment exchanger EQ1 is connected in hydraulic parallel of the subcooler SR.
On notera que le véhicule automobile comprend des moyens de supervision de la pompe à chaleur pour la mise en œuvre du procédé de chauffage de l'habitacle. It will be noted that the motor vehicle includes means for supervising the heat pump for implementing the heating method of the passenger compartment.
Par exemple, un calculateur de supervision peut commander les vannes hydrauliques V31, V32, V33, V34, V35, V36, V42, V43 le compresseur CP, les détendeurs DT1, DT2, DT3, la pompe PP, l'aérotherme AE et la demande de mise en route du ventilateur de face avant du véhicule pour piloter la circulation du fluide frigorigène et opérer le stockage et le transfert d'énergie thermique. For example, a supervision computer can control the hydraulic valves V31, V32, V33, V34, V35, V36, V42, V43 the compressor CP, the regulators DT1, DT2, DT3, the pump PP, the heater AE and the request starting the front fan of the vehicle to control the flow of refrigerant and operate the storage and transfer of thermal energy.
Par exemple, un programme informatique détermine les commandes en fonction de conditions de températures de fonctionnement du stockeur électrique BAT, de mesures de températures issues de capteurs adaptés et de requêtes de commande spécifiques, par exemple une commande de pré¬ conditionnement de l'habitacle. Les mesures de températures peuvent être prélevées dans le corps du stockeur, sur les évaporateurs et de l'air extérieur. Le programme informatique est mémorisé dans des mémoires associées au calculateur de supervision du véhicule ou à un calculateur spécifique à la commande de la pompe à chaleur. For example, a computer program determines the commands depending on operating temperature conditions of the electric storage device BAT, exits temperature measurements of suitable sensors and specific command requests, for example a control pre ¬ conditioning of the passenger. Temperature measurements can be taken from the storage cabinet, evaporators and outside air. The computer program is stored in memories associated with the computer of vehicle supervision or a specific computer to control the heat pump.
L'invention s'applique aux véhicules électriques, hybrides électriques, véhicules hybrides électriques dits « plug-in » en anglais, et véhicules électriques avec assistance d'autonomie au moyen d'un moteur thermique auxiliaire . The invention applies to electric vehicles, electric hybrids, hybrid electric plug-in vehicles in English, and electric vehicles with autonomy assistance by means of an auxiliary heat engine.

Claims

REVEND I CAT I ONS CLAIM I CAT I ONS
1. Procédé de chauffage de l'air d'un habitacle d'un véhicule automobile comprenant un stockeur électrique (BAT) et un moyen de chauffage (CI) de l'habitacle, le procédé comprenant les étapes successives suivantes : 1. A method of heating the air of a passenger compartment of a motor vehicle comprising an electrical storage unit (BAT) and a heating means (CI) of the passenger compartment, the method comprising the following successive steps:
- le stockage (11) d'énergie thermique dans le corps du stockeur électrique (BAT) , - le transfert (12) d'énergie thermique stockée dans le corps du stockeur électrique (BAT) vers le moyen de chauffage (CI) , caractérisé en ce que les étapes (11, 12) de stockage et de transfert d'énergie thermique sont opérées par une pompe à chaleur du véhicule automobile, la pompe à chaleur étant configurée pour stocker de l'énergie thermique dans le corps du stockeur électrique (BAT), puis, pour transférer l'énergie thermique stockée dans le corps du stockeur électrique (BAT) vers le moyen de chauffage (CI) 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également, préalablement à l'étape de stockage (11) d'énergie thermique, une étape (10) de programmation de pré-conditionnement de l'habitacle à une température commandée . - The storage (11) of thermal energy in the body of the electrical storage (BAT), - The transfer (12) of thermal energy stored in the body of the electrical storage unit (BAT) to the heating means (CI), characterized in that the steps (11, 12) for storing and transferring thermal energy are carried out by a heat pump of the motor vehicle, the heat pump being configured to store thermal energy in the body of the electric storage unit ( BAT), then, to transfer the thermal energy stored in the body of the electrical storage (BAT) to the heating means (CI) 2. The method of claim 1, characterized in that it also comprises, prior to the storage step (11) of thermal energy, a step (10) of pre-conditioning programming of the passenger compartment at a controlled temperature.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape (11) de stockage d'énergie thermique est arrêtée lorsque la température du stockeur électrique (BAT) a atteint une limite supérieure de température du fonctionnement nominal du stockeur électrique. 3. Method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the step (11) for storing thermal energy is stopped when the temperature of the electrical storage unit (BAT) has reached an upper limit of operating temperature. nominal electrical storage.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape (12) de transfert d'énergie thermique est autorisée tant que la température du stockeur électrique (BAT) est supérieure à une limite inférieure de température du fonctionnement nominal du stockeur électrique. 4. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the step (12) for transferring thermal energy is allowed as long as the temperature of the electrical storage unit (BAT) is greater than a lower temperature limit nominal operation of the electrical storage.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'étape (11) de stockage d'énergie thermique est commandée lorsqu'au moins une des conditions (Cl) suivantes est détectée : - une phase de rechargement en énergie électrique du stockeur électrique (BAT) est active, 5. Method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the step (11) for storing thermal energy is controlled when at least one of the following conditions (Cl) is detected: - a phase of recharging electrical energy of the electrical storage unit (BAT) is active,
- une requête de pré-conditionnement de l'habitacle à une température programmée est active, a request for preconditioning the passenger compartment at a programmed temperature is active,
- la température de l'air extérieur au véhicule est inférieure à un seuil de déclenchement, une phase de rechargement à partir d'énergie électrique provenant d'une source d'énergie électrique extérieure est active, par exemple un réseau électrique. the temperature of the air outside the vehicle is below a triggering threshold, a recharging phase from electrical energy coming from an external electrical energy source is active, for example an electrical network.
6. Véhicule automobile comprenant un stockeur électrique (BAT) et un moyen de chauffage (CI) de l'air de l'habitacle conçu pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour stocker de l'énergie thermique dans le corps du stockeur électrique (BAT) et pour transférer l'énergie thermique stockée dans le corps du stockeur électrique (BAT) vers le moyen de chauffage (CI) . 6. Motor vehicle comprising an electrical storage unit (BAT) and a heating means (CI) of the cabin air designed for the implementation of the method according to any one of the preceding claims, characterized in that comprises means for storing thermal energy in the body of the electrical storage (BAT) and for transferring the thermal energy stored in the body of the electrical storage (BAT) to the heating means (CI).
7. Véhicule automobile selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens pour stocker et transférer l'énergie thermique sont une pompe à chaleur comprenant un circuit de circulation d'un fluide frigorigène (CCI), un compresseur (CP) propre à compresser et chauffer le fluide frigorigène, un échangeur d'équipement (EQ1) propre à échanger de l'énergie thermique avec le corps du stockeur (BAT), et en ce que le moyen de chauffage est un condenseur (CI) relié au circuit de circulation de la pompe à chaleur et agencé pour émettre de l'énergie thermique du fluide frigorigène vers l'habitacle, la pompe à chaleur étant configurée, lors de l'étape de stockage (11) de l'énergie thermique dans le corps du stockeur (BAT) , pour chauffer le fluide frigorigène et diriger le fluide frigorigène chauffé dans 1 'échangeur d'équipement (EQ1), puis, lors de l'étape de transfert (12) de l'énergie thermique vers le moyen de chauffage (CI), pour diriger le fluide frigorigène issu de 1 'échangeur d'équipement vers le condenseur (CI) . 7. Motor vehicle according to claim 6, characterized in that the means for storing and transferring the thermal energy is a heat pump comprising a circulation circuit of a refrigerant (CCI), a compressor (CP) capable of compressing and heating the refrigerant, an equipment exchanger (EQ1) suitable for exchanging thermal energy with the body of the storer (BAT), and in that the heating means is a condenser ( CI) connected to the circulation circuit of the heat pump and arranged to emit thermal energy from the refrigerant to the passenger compartment, the heat pump being configured, during the step of storing (11) the energy in the body of the storer (BAT), for heating the refrigerant and directing the heated refrigerant in the equipment exchanger (EQ1), then, during the transfer step (12) of the thermal energy to the heating means (CI) for directing the refrigerant from the equipment exchanger to the condenser (CI).
8. Véhicule automobile selon la revendication 7, caractérisé en ce que le condenseur (CI) échange de l'énergie thermique directement avec l'air de l'habitacle, ou indirectement via un circuit de circulation d'un fluide caloporteur (CC2) relié à un aérotherme (AE) propre à échanger de l'énergie thermique avec l'air de l'habitacle. 8. Motor vehicle according to claim 7, characterized in that the condenser (CI) exchanges heat energy directly with the air of the passenger compartment, or indirectly via a circulation circuit of a heat transfer fluid (CC2) connected to a heater (AE) suitable for exchanging thermal energy with the air of the passenger compartment.
9. Véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend également une interface homme-machine pour programmer une commande de pré-conditionnement de l'habitacle à une température commandée préalablement à l'étape de stockage (11) d'énergie thermique dans le corps du stockeur électrique (BAT), par exemple l'interface homme-machine est un tableau de bord, un terminal mobile à communication sans fil ou une clé de démarrage électronique du véhicule. 9. Motor vehicle according to any one of claims 6 to 8, characterized in that it also comprises a man-machine interface for programming a pre-conditioning control of the passenger compartment at a temperature controlled prior to the step of storage (11) of thermal energy in the body of the electrical storage unit (BAT), for example the human-machine interface is a dashboard, a wireless mobile terminal or an electronic start key of the vehicle.
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