WO2021069832A1 - Circuit de gestion thermique d'un véhicule automobile électrique ou hybride - Google Patents

Circuit de gestion thermique d'un véhicule automobile électrique ou hybride Download PDF

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WO2021069832A1
WO2021069832A1 PCT/FR2020/051756 FR2020051756W WO2021069832A1 WO 2021069832 A1 WO2021069832 A1 WO 2021069832A1 FR 2020051756 W FR2020051756 W FR 2020051756W WO 2021069832 A1 WO2021069832 A1 WO 2021069832A1
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heat exchanger
exchange section
heat exchange
heat
refrigerant
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PCT/FR2020/051756
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Mohamed Yahia
Philippe CHARCOSSET
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Valeo Systemes Thermiques
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    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal management circuits for vehicles, in particular for motor vehicles.
  • the thermal management circuits considered allow thermal regulation of the vehicle interior, as well as thermal regulation of an electric energy storage battery intended for the propulsion of electric and hybrid motor vehicles.
  • [3] When the batteries are charged rapidly, using electrical powers of the order of 100 kilowatt, a cooling capacity of several kilowatt must be supplied by the thermal management circuit in order to maintain the temperature of the batteries in their.
  • Such a thermal management circuit must therefore make it possible to precisely modulate the cooling power supplied to the battery as well as the thermal power supplied to the passenger compartment. It must also make it possible to provide the cooling capacity necessary to ensure the cooling of each of the elements even in extreme cases of use.
  • the present invention provides a thermal conditioning circuit making it possible to precisely distribute the cooling power between the passenger compartment and the batteries, while facilitating integration into the passenger compartment of the. heat exchanger vehicle to cool the passenger compartment.
  • the proposed solution also makes it possible to produce two fresh air streams having a distinct temperature.
  • the invention provides a thermal management circuit for an electric or hybrid motor vehicle configured to circulate a refrigerant fluid, said thermal management circuit comprising:
  • a main loop comprising in the direction of circulation of the refrigerant fluid: o a first compressor, o a first heat exchanger intended to be traversed by an external air flow, o a first device for expanding the refrigerant fluid, o a first heat exchange section of a second heat exchanger intended to be traversed by an internal air flow,
  • first circulation branch connecting a first junction point arranged downstream of the first heat exchanger, between the first heat exchanger and the first expansion device, to a second junction point arranged downstream of the first compressor, between the first compressor and the first heat exchanger, the first circulation branch comprising in the direction of circulation of the refrigerant fluid: o a second expansion device, o a second heat exchange section of the second heat exchanger allowing heat exchanges with a internal air flow, o a third heat exchanger intended to be in connection with the batteries of the electric or hybrid motor vehicle, o a second compressor,
  • a second circulation branch connecting a third junction point arranged on the first circulation branch downstream of the third heat exchanger, between the third heat exchanger and the second compressor, to a fourth junction point arranged on the main loop in downstream of the first heat exchange section of the second heat exchanger, between the first heat exchange section of the second heat exchanger and the first compressor, the second circulation branch comprising a third expansion device.
  • the first heat exchange section and the second heat exchange section are intended to be traversed by the internal air flow.
  • the first heat exchange section and the second heat exchange section are part of the same second heat exchanger.
  • the second heat exchange section is arranged upstream of the first heat exchange section according to the direction of flow of the internal air flow.
  • the first heat exchange section and the second heat exchange section are arranged side by side according to the direction of flow of the internal air flow.
  • This configuration allows part of the internal airflow to be conditioned to a first temperature, and another part of the internal airflow to be conditioned to a second temperature, distinct from the first temperature.
  • the second heat exchange section is arranged below the first heat exchange section.
  • the second heat exchange section comprises an inlet and an outlet arranged on the same face of the second heat exchanger.
  • the second heat exchange section has an inlet and an outlet disposed on opposite faces of the second heat exchanger.
  • the first heat exchange section has an inlet and an outlet arranged on the same face of the second heat exchanger.
  • the first heat exchange section has an inlet and an outlet disposed on opposite faces of the second heat exchanger.
  • the inlet of the second heat exchange section and the inlet of the first heat exchange section are facing each other.
  • the outlet of the second heat exchange section and the outlet of the first heat exchange section are opposite each other.
  • the second heat exchange section has a single pass.
  • the second heat exchange section has at least two passes.
  • the second heat exchange section has at least three passes.
  • the first heat exchange section has a single pass.
  • the first heat exchange section has at least two passes. [26] Alternatively, the first heat exchange section has at least three passes.
  • the second heat exchange section of the second heat exchanger comprises a phase change material.
  • the first heat exchange section of the second heat exchanger comprises a phase change material.
  • the energy required to change the phase material can be used to cool the internal air flow in the absence of refrigerant circulation in the circuit, for example when the vehicle is not running. It is possible to have only the first heat exchange section equipped with phase change material, or only the second heat exchange section equipped with phase change material, or to have both exchange sections thermal equipped with phase change material.
  • the thermal management circuit comprises an internal heat exchanger allowing heat exchanges between the refrigerant fluid at the outlet of the second expansion device and the refrigerant circulating between the first junction point and the first trigger device.
  • the thermal management circuit according to the invention is configured in a first operating mode in which the refrigerant circulates in:
  • the coolant passes through the second heat exchange section of the second heat exchanger as well as the third heat exchanger.
  • the internal air flow is cooled as it passes through the second heat exchange section.
  • the first heat exchange section of the second heat exchanger is not traversed by refrigerant, and does not modify the temperature of the internal air flow.
  • the coils are cooled via the third heat exchanger.
  • the thermal management circuit according to the invention is also configured in a second operating mode in which the refrigerant fluid circulates in: the first compressor at the outlet of which the refrigerant fluid is at a first pressure, the first heat exchanger at which it loses heat, a first part of the refrigerant fluid passes through the first circulation branch and passes through the second expansion device at which the refrigerant fluid passes to a second pressure, lower than the first pressure, the second section heat exchange of the second heat exchanger, the third heat exchanger, the second circulation branch and the third expansion device at which the refrigerant fluid passes to a third pressure, lower than the second pressure, a second part of the fluid refrigerant passes through the first expansion device at which the refrigerant passes to the third pressure, then passes through the first heat exchange section of the second heat exchanger at which it absorbs heat, the first part and the second part of the refrigerant joining at the fourth junction point before joining the first compressor .
  • the first heat exchange section of the second heat exchanger is traversed by refrigerant at the lowest pressure, therefore having the lowest evaporation temperature.
  • the second heat exchange section of the second heat exchanger and the third heat exchanger are traversed by coolant at intermediate pressure.
  • the internal air flow is therefore cooled by the second heat exchange section to a first temperature level, then is again cooled by the first heat exchange section to a second temperature level.
  • the second temperature level is cooler than the first temperature level since the evaporation of the refrigerant occurs at a lower pressure.
  • the batteries are cooled by the third exchanger, operating at intermediate pressure.
  • the thermal management circuit according to the invention is also configured in a third operating mode in which the refrigerant circulates in:
  • the first heat exchange section of the second heat exchanger is crossed by refrigerant at the lowest pressure, therefore having the lowest evaporation temperature.
  • the circulation of refrigerant is interrupted at the second heat exchange section of the second heat exchanger, as well as in the third heat exchanger. All available cooling capacity can be used to cool the flow of air passing through the first heat exchange section of the second heat exchanger.
  • FIG. 39 shows a schematic view of a thermal management circuit according to one embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a schematic view of the thermal management circuit of Figure 1 according to a first mode of operation
  • FIG. 3 shows a diagram of the pressure as a function of the enthalpy of the refrigerant during operation according to the first mode of operation of Figure 2
  • FIG. 4 shows a schematic view of the thermal management circuit of Figure 1 according to a second mode of operation
  • FIG. 5 shows a diagram of the pressure as a function of the enthalpy of the refrigerant during operation according to the second operating mode of Figure 4,
  • FIG. 6 shows a schematic view of the thermal management circuit of Figure 1 according to a third operating mode
  • FIG. 7 shows a diagram of the pressure as a function of the enthalpy of the refrigerant during operation according to the third operating mode of Figure 6,
  • FIG. 8 shows a schematic view of the thermal management circuit of Figure 1 according to a fourth operating mode
  • FIG. 9 shows a diagram of the pressure as a function of the enthalpy of the refrigerant during operation according to the fourth operating mode of Figure 8,
  • FIG. 10 shows a schematic view of a heat exchanger of the circuit of Figure 1, comprising two separate heat exchange sections, according to a first embodiment
  • FIG. 11 shows a schematic view of a heat exchanger of the circuit of Figure 1, comprising two separate heat exchange sections, according to a second embodiment
  • FIG. 12 shows a schematic, partial view of the exchanger of Figure 10.
  • Certain elements or parameters can be indexed, that is to say designated for example by first element or second element, or even first parameter and second parameter, and so on.
  • the purpose of this indexing is to differentiate elements or parameters that are similar, but not identical. This indexing does not imply a priority of an element, or parameter compared to another and you can interchange the denominations.
  • the term “a first element upstream of a second element” means that the first element is placed before the second element with respect to the direction of flow of a fluid.
  • a first element downstream of a second element means that the first element is placed after the second element with respect to the direction of circulation of the fluid considered.
  • FIG. 1 a thermal management circuit 1 of a motor vehicle.
  • the thermal management circuit 1 is configured to circulate a refrigerant fluid.
  • a refrigerant fluid circulates at least in part of circuit 1.
  • the thermal management circuit 1 makes it possible to regulate the temperature as well as the humidity level of the air present in the passenger compartment. of the vehicle, to ensure passenger comfort. It also makes it possible to cool one or more components of an electric drive train of the vehicle, such as for example a set of battery cells for storing electric energy.
  • the refrigerant fluid used can be a conventional chemical fluid such as R-1234yf (chemical formula 2, 3,3,3-tetrafluoropropene) or else R-134a (chemical formula 1, 1,1, 2-tetrafluoroethane).
  • the thermal management circuit 1 comprises a main loop A, a first circulation branch B, a second circulation branch C.
  • the main loop A comprises in the direction of circulation of the refrigerant fluid: o a first compressor 3a, o a first heat exchanger 5 intended to be traversed by an external air flow 100, o a first expansion device 7 refrigerant, o a first heat exchange section 16 of a second heat exchanger 20 intended to be passed through by an internal air flow 200.
  • the first circulation branch B connects a first junction point 31 arranged downstream of the first heat exchanger 5, between the first heat exchanger 5 and the first expansion device 7, to a second junction point 32 disposed downstream of the first compressor 3a, between the first compressor 3a and the first heat exchanger 5, the first circulation branch B comprising in the direction of circulation of the coolant: o a second expansion device 11, o a second section heat exchange 15 of the second heat exchanger 20 allowing heat exchanges with an internal air flow 200, o a third heat exchanger 19 intended to be in connection with the batteries of the electric or hybrid motor vehicle, o a second compressor 3b.
  • the second circulation branch C connects a third junction point 33 arranged on the first circulation branch B downstream of the third heat exchanger 19, between the third heat exchanger 19 and the second compressor 3b, at a fourth point junction 34 disposed on the main loop A downstream of the first heat exchange section 16 of the second heat exchanger 20, between the first heat exchange section 16 of the second heat exchanger 20 and the first compressor 3a, the second circulation branch C comprising a third expansion device 17.
  • internal air flow 200 is meant a flow of air to the passenger compartment of the motor vehicle. This internal air flow can circulate in a heating, ventilation and air conditioning installation, often referred to as the English term
  • HVAC Heating, Ventilating and Air Conditioning
  • the third heat exchanger 19 is in thermal coupling with a set of battery cells ensuring, for example, the propulsion of the vehicle by an electric motor.
  • the third heat exchanger 19 thus makes it possible to regulate the temperature of the batteries.
  • the thermal coupling can be provided directly, the refrigerant exchanging heat directly with the batteries, or indirectly, through a heat transfer fluid. In this case, the refrigerant fluid cools the heat transfer fluid which in turn cools the batteries.
  • An electronic control unit receives information from various sensors measuring in particular the characteristics of the fluid refrigerant at various points in the circuit.
  • the electronic unit also receives the instructions requested by the occupants of the vehicle, such as the desired temperature inside the passenger compartment, for example.
  • the electronic unit implements control laws allowing the control of the various actuators, in order to ensure the control of the thermal management circuit 1.
  • the first heat exchange section 16 and the second heat exchange section 15 are intended to be traversed by the internal air flow 200.
  • first heat exchange section 16 and the second heat exchange section 15 are part of the same second heat exchanger 20.
  • the same heat exchanger 20 thus comprises two heat exchange sections 15, 16 making it possible to obtain two different temperature levels.
  • the integration of this single heat exchanger 20 in the vehicle interior is thus facilitated.
  • the second heat exchange section 15 is arranged upstream of the first heat exchange section 16 in the direction of flow of the internal air flow 200.
  • the air flow 200 first passes through the second heat exchange section 15 then the first heat exchange section 16 before exiting the exchanger 20.
  • the internal air flow 200 is thus cooled a first time by passing through the second heat exchange section 15, then a second time by passing through the first heat exchange section 16.
  • the efficiency of the heat exchange is thus improved.
  • the second heat exchange section 15 has an inlet 24 and an outlet 25 arranged on the same face 6 of the second heat exchanger 20.
  • the second heat exchange section 15 comprises an inlet 24 and an outlet 25 disposed on opposite faces 6,10 of the second heat exchanger 20.
  • the first heat exchange section 16 comprises an inlet 26 and an outlet 27 arranged on the same face 6 of the second heat exchanger 20.
  • the first heat exchange section 16 has an inlet 26 and an outlet 27 disposed on opposite faces 6,10 of the second heat exchanger 20.
  • the inlet 24 of the second heat exchange section 15 and the inlet 26 of the first heat exchange section 16 are opposite each other.
  • the inlet 24 and the inlet 26 are substantially aligned along the direction of flow of the internal air flow 200.
  • the second heat exchange section 15 has a single pass. According to another embodiment, the second heat exchange section 15 has at least two passes. According to yet another embodiment, shown diagrammatically in FIG. 12, the second heat exchange section 15 comprises at least three passes.
  • the first heat exchange section 16 comprises a single pass. According to another exemplary embodiment, the first heat exchange section 16 comprises at least two passes. As a variant, the first heat exchange section 16 comprises at least three passes. The number of passes of the second heat exchange section 15 can be chosen independently of the number of passes of the first heat exchange section 16.
  • the thermal management circuit 1 further comprises an internal heat exchanger 13 allowing heat exchanges between the refrigerant at the outlet of the second expansion device 11 and the refrigerant circulating between the first junction point 31 and the first expansion device 7. This internal heat exchanger 13 makes it possible to improve the cooling efficiency.
  • the first 7, second 11 and third 17 expansion devices may in particular include a stop function in order to prevent the circulation of the refrigerant fluid when they are completely closed.
  • a stop function makes it possible to control the circulation of the refrigerant fluid and thus to decide whether the refrigerant fluid circulates in the first exchange section 16 of the second heat exchanger 20, in the first circulation branch B and / or in the second branch of circulation C.
  • FIGS 2 to 7 illustrate three distinct operating modes of the thermal management circuit 1. Other operating modes are also possible by adjusting the flow of refrigerant fluid passing through each of the first 7, second 11 and third 17 devices. expansion, as well as the rotational speed of the first compressor 3a and of the second compressor 3b.
  • FIG. 2 illustrates the operation of the thermal management circuit 1 according to a first operating mode.
  • FIG. 3 is a diagram representing the evolution, in the circulation branches A and B, of the pressure P of the refrigerant fluid as a function of its enthalpy H.
  • the refrigerant circulates in: the second compressor 3b at the outlet of which the refrigerant fluid is at a first pressure, the first heat exchanger 5 at which it loses heat, the second expansion device 11 at which the refrigerant fluid passes to a second pressure, lower than the first pressure, the second heat exchange section 15 of the second heat exchanger 20, the third heat exchanger 19.
  • the refrigerant fluid is at high pressure at the outlet of the compressor 3b, as illustrated by the portion 300b of the diagram of FIG. 3.
  • the refrigerant then passes through the first heat exchanger 5 at which the refrigerant fluid gives way. heat to the external air flow 100, as illustrated by the portion 500 of the diagram of FIG. 3.
  • the refrigerant fluid passes through the first circulation branch B and passes through the second expansion device 11 at which the refrigerant fluid passes to an intermediate pressure, as illustrated by the portion 110 of the diagram of FIG. 3.
  • the refrigerant then passes through the second heat exchange section 15 of the second heat exchanger
  • the refrigerant passes through the third heat exchanger 19 at which it absorbs heat, then joins the inlet of the second compressor 3b, thus completing the thermodynamic cycle.
  • the refrigerant does not circulate in the part of the main branch A located downstream of the first junction point 31, nor in the second circulation branch C.
  • the first control device expansion 7 can for example be closed and prohibit the circulation of the refrigerant fluid.
  • the first heat exchange section 16 of the second heat exchanger 20 is not traversed by the refrigerant fluid, and does not modify the temperature of the internal air flow 200.
  • the internal air flow 200 is thus cooled by passing through the second heat exchange section 15 of the second heat exchanger 20.
  • the coils are they cooled via the third heat exchanger 19. Except for pressure drops, the second heat exchange section 15 of the second exchanger 20 and the third heat exchanger 19 are at the same pressure.
  • the evaporation temperature of the refrigerant fluid is therefore substantially identical in these two heat exchangers.
  • the internal heat exchanger 13 is inactive in this first operating mode.
  • This first mode of operation makes it possible to provide moderate cooling power to the batteries, while ensuring cooling of the vehicle interior.
  • the batteries can thus be maintained at the recommended temperature during rapid charging phases.
  • the flow of refrigerant fluid circulating in the thermal management circuit 1 is adjusted by opening the second expansion device 11 as well as by the rotation speed of the second compressor, these control parameters thus making it possible to adjust the total cooling power. provided.
  • FIG. 4 illustrates the operation of the thermal management circuit 1 according to a second operating mode.
  • Figure 5 is a diagram showing the evolution, in the circulation branches A, B, C, of the pressure P of the refrigerant as a function of its enthalpy H.
  • a first part of the refrigerant fluid passes through the first circulation branch B and passes through the second expansion device 11 at which the refrigerant fluid passes to a second pressure, lower than the first pressure, the second heat exchange section 15 of the second heat exchanger 20, the third heat exchanger 19, the second circulation branch C and the third expansion device 17 at the level of which the refrigerant fluid passes to a third pressure, lower than the second pressure,
  • the refrigerant fluid is at high pressure at the outlet of the first compressor 3a, as illustrated by the portion 300a of the diagram of FIG. 5.
  • the refrigerant fluid then passes through the first heat exchanger 5 at which the refrigerant fluid gives way. heat to the external air flow 100, as illustrated by portion 500 of the diagram in Figure 5.
  • a first part of the refrigerant fluid passes through the first circulation branch B and passes through the second expansion device 11 at which the refrigerant fluid passes at an intermediate pressure, as illustrated by curve 110 of the diagram of figure 5.
  • the refrigerant then passes through the second heat exchange section 15 of the second heat exchanger 20, as shown by curve 150 of the diagram of figure 5, at which it absorbs heat .
  • the refrigerant fluid at intermediate pressure then joins the third heat exchanger 19 at which it absorbs heat, as shown in portion 190 of the diagram of FIG. 5.
  • This portion of refrigerant fluid then passes through the third expansion device 17 at the same time. level at which it passes to a low pressure, lower than the intermediate pressure.
  • This second expansion is shown schematically by the portion 170.
  • This portion of refrigerant then joins the main branch A at the fourth junction point 34, then joins the inlet of the first compressor 3a.
  • the second compressor 3b is not active.
  • a second part of the refrigerant fluid passes through the main loop A, passes through the internal exchanger 13, then the first expansion device 7 at which the refrigerant fluid passes to low pressure, as illustrated by portion 700 of the diagram of Figure 5.
  • the refrigerant then passes through the first heat exchange section 16 of the second heat exchanger 20 at which it absorbs heat, as illustrated by the curve 160 of the diagram of FIG. 5.
  • This part of refrigerant fluid then joins the fourth junction point 34 where it mixes with the part of refrigerant coming from the second circulation branch C.
  • the internal heat exchanger 13 allows sub-cooling of the refrigerant passing through the main loop A. Indeed, part of the heat energy of the high pressure refrigerant passing between the first 31 and the first device expansion 7 is transferred to the refrigerant at intermediate pressure circulating in the first circulation branch B at the outlet of the second expansion device 11. This transfer is illustrated by the portions 130a and 130b of the diagram in FIG. 5.
  • the enthalpy difference shown schematically by segment 130a is not necessarily equal to the enthalpy difference schematized by segment 130b.
  • the internal heat exchanger 13 makes it possible to improve the coefficient of performance of the thermal management circuit 1. However, it is entirely conceivable not to integrate an internal exchanger, according to a variant not shown of the thermal management circuit 1.
  • the refrigerant circulates both in the first circulation branch B, the second circulation branch C as well as in the main loop A.
  • the first heat exchange section 16 of the second heat exchanger 20 is crossed by the refrigerant at the lowest pressure, therefore having the lowest evaporation temperature.
  • the second heat exchange section 15 of the second heat exchanger 20 is traversed by the coolant at intermediate pressure.
  • the internal air flow 200 is therefore cooled first by the second heat exchange section 15 to a first temperature level, then is again cooled by the first heat exchange section 16 to a second temperature level.
  • the second temperature level is cooler than the first temperature level since the evaporation of the refrigerant fluid occurs at a lower pressure.
  • the second mode of operation can correspond to rapid charging of the batteries while at the same time providing very efficient cooling of the passenger compartment.
  • the third heat exchanger 19 comprises a phase change material
  • the latter can be "recharged” in this second mode of operation, in particular to be used subsequently, for example in the first embodiment.
  • the term “recharging” is understood here to mean that the phase change material passes, for example, from the liquid phase to the solid phase.
  • FIG. 6 illustrates the operation of the thermal management circuit 1 according to a third operating mode.
  • Figure 7 is a diagram showing the evolution, in the main loop A, of the pressure P of the refrigerant as a function of its enthalpy H.
  • the refrigerant fluid is at high pressure at the outlet of the first compressor 3a, as illustrated by the curve 300a of the diagram of FIG. 7.
  • the refrigerant fluid then passes through the first heat exchanger 5 at the level from which the refrigerant fluid transfers heat to the external air flow 100, as illustrated by the curve 500 in the diagram of FIG. 7.
  • the refrigerant fluid passes through the main loop A, passes through the first expansion device 7 at which the refrigerant fluid passes at low pressure, as illustrated by the portion 700 of the diagram of the Figure 7.
  • the refrigerant then passes through the first heat exchange section 16 of the second heat exchanger 20 at which it absorbs heat, as illustrated by the portion 160 of the diagram of Figure 7, before reaching the fourth point junction 34 and from there the suction of the first compressor 3a.
  • the refrigerant does not circulate in the first circulation branch B or in the second circulation branch C.
  • the second expansion device 11 can for example be closed and prohibit circulation. refrigerant.
  • the third expansion device 17 can also be closed.
  • the second heat exchange section 15 of the second heat exchanger 20 is not traversed by the refrigerant fluid, and does not change the temperature of the internal air flow 200.
  • the internal heat exchanger 13 is inactive in this first mode of operation.
  • the first heat exchange section 16 of the second heat exchanger 20 is crossed by refrigerant at the lowest pressure, therefore having the lowest evaporation temperature.
  • the internal air flow 200 is therefore cooled, by the sole action of the first heat exchange section 16, to a low temperature.
  • This third operating mode makes it possible to dedicate the cooling capacity of the thermal management circuit 1 to the cooling of the internal air flow 200. All the available cooling power is thus used for cooling the passenger compartment. This allows, for example, rapid cooling of the passenger compartment of the motor vehicle even at very high outside temperatures.
  • FIG. 8 illustrates the operation of the thermal management circuit 1 according to a fourth operating mode.
  • FIG. 9 is a diagram showing the evolution, in the main loop A, of the pressure P of the refrigerant fluid as a function of its enthalpy H.
  • a first part of the refrigerant fluid passes through the first circulation branch B and passes through the second expansion device 11 at which the refrigerant fluid passes to a second pressure, lower than the first pressure, the second heat exchange section 15 of the second heat exchanger 20, the third heat exchanger 19, where a first fraction of the first part of the refrigerant fluid passes through the second circulation branch C and the third expansion device 17 at which the refrigerant fluid passes to a third pressure , less than the second pressure, o a second fraction of the first part of the refrigerant fluid passes through the second compressor 3b and joins the refrigerant fluid leaving the first compressor 3a at the second junction point 32,
  • a second part of the refrigerant fluid passes through the first expansion device 7 at which the refrigerant fluid passes to the third pressure, then passes through the first heat exchange section 16 of the second heat exchanger 20 at which it absorbs heat, the first fraction of the first part of the refrigerant fluid and the second part of the refrigerant fluid joining at the level of the fourth junction point 34 before joining the first compressor 3a.
  • the refrigerant fluid is at high pressure at the outlet of the first compressor 3a, as illustrated by the curve 300a of the diagram of FIG. 9.
  • the refrigerant fluid then passes through the first heat exchanger 5 at the level from which the refrigerant gives off heat to the external air flow 100, as illustrated by the curve 500 in the diagram of figure 9.
  • a first part of the refrigerant fluid passes through the first circulation branch B, and passes through the second expansion device 11 at which the refrigerant fluid passes to a second pressure called intermediate pressure, as illustrated by the portion 110 of the diagram of FIG. 9.
  • This first part of refrigerant fluid then passes through the internal heat exchanger 13, then the second heat exchange section 15 of the second heat exchanger 20 at the level of which it absorbs heat, as illustrated by portion 150 of the diagram of Figure 9, then then joins the third heat exchanger 19 at which it still absorbs heat, as shown by portion 190 of the diagram of Figure 5.
  • a second part of the refrigerant fluid passes through the main loop A, passes through the internal exchanger 13, then the first expansion device 7 at which the refrigerant fluid passes to a third so-called low pressure, as illustrated by portion 700 of the diagram of FIG. 9.
  • the refrigerant then passes through the first heat exchange section 16 of the second heat exchanger 20 at which it absorbs heat, as illustrated by curve 160 of the diagram of FIG. 5.
  • This part of the refrigerant fluid then joins the fourth junction point 34, where it mixes with the first fraction of the first part of the refrigerant fluid coming from the second circulation branch C.
  • the refrigerant fluid then joins the suction of the first compressor 3a.
  • the internal heat exchanger 13 allows sub-cooling of the refrigerant passing through the main loop A. Indeed, part of the heat energy of the high pressure refrigerant passing between the first junction point 31 and the first expansion device 7 is transferred to the coolant at intermediate pressure circulating in the first circulation branch B at the outlet of the second expansion device 11. This transfer is illustrated by the portions 130a and 130b of the diagram in FIG. 9.
  • the two compressors 3a and 3b are both active, and the refrigerant circulates in all the branches of the circuit.
  • the second heat exchange section 15 of the second heat exchanger 20 is traversed by the coolant at intermediate pressure.
  • the first heat exchange section 16 of the second heat exchanger 20 is crossed by refrigerant at the lowest pressure, therefore having the lowest evaporation temperature.
  • the internal air flow 200 is therefore cooled first by the second heat exchange section 15 to a first temperature level, then is again cooled by the first heat exchange section 16 to a second temperature level.
  • the second temperature level is cooler than the first temperature level since evaporation of the refrigerant occurs at a lower pressure.
  • the heat exchanger 19 is crossed by coolant at intermediate pressure, which allows cooling of the batteries. The joint action of the two compressors ensures a high cooling rate and thus a high cooling capacity.
  • This fourth operating mode ensures thermal regulation of the batteries around their optimum temperature during a rapid charging phase, the intermediate pressure being adjusted so as to obtain an evaporation temperature of for example between 20 ° and 30 ° in the second heat exchange section 15 as well as in the third exchanger 19.
  • the low pressure is adjusted so as to obtain cooling.
  • simultaneous of the passenger compartment with a colder air supply temperature for example between 0 ° C and + 8 ° C. This allows for example rapid cooling of the passenger compartment of the motor vehicle while ensuring rapid charging of the vehicle batteries.
  • the speed of rotation of each of the compressors can be adjusted individually, in order to adapt the flow of refrigerant fluid passing through each branch, and consequently the cooling power in each of the branches.
  • the thermal management circuit according to the invention can also include one or more of the characteristics below, considered individually or combined with one another:
  • the first heat exchange section 16 and the second heat exchange section 15 can be arranged side by side depending on the direction of flow of the internal air flow 200. In this case, no heat exchange section is upstream of the other. Part of the internal air flow 200 passes only through the second heat exchange section 15 and another part of the internal air flow 200 passes only through the first heat exchange section 16. It is thus possible to obtain a part. of the internal air flow 200 at a first temperature, and another part of the internal air flow 200 at a second temperature distinct from the first temperature. These two separate parts of the internal air flow 200 can thus be directed to separate areas of the passenger compartment.
  • the cooler air can, for example, be directed to the upper part of the passenger compartment, that is, to the windshield and the heads of the passengers. Air at a higher temperature can be directed to the middle part or the lower part of the passenger compartment. This ensures particularly effective demisting of the windshield as well as good thermal comfort for the passengers.
  • the second heat exchange section 15 is arranged below the first heat exchange section 16.
  • the term “below” is understood to mean that the second heat exchange section 15 is closer to the ground on which it rolls. the vehicle as the first heat exchange section 16, when the heat exchanger 20 is assembled in its normal mounting position in the vehicle. This configuration makes it easier to direct the cooler air to the upper part of the cabin.
  • the second heat exchange section 15 of the second heat exchanger 20 may include a phase change material.
  • the first heat exchange section 16 of the second heat exchanger 20 comprises a phase change material.
  • the energy required to change the phase change material from the solid state to the liquid state can be used to cool the internal air flow in the absence of circulation of refrigerant fluid in the circuit, for example example when the vehicle is not in operation.

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Abstract

L'invention concerne un circuit de gestion thermique (1) d'un véhicule automobile électrique ou hybride, ledit circuit comportant : a) une boucle principale (A) comportant : - un premier compresseur (3a), o un premier échangeur de chaleur (5) traversé par un flux d'air externe (100), - un premier dispositif de détente (7), - une première section d'échange thermique (16) d'un deuxième échangeur de chaleur (20) traversé par un flux d'air interne (200), b) une première branche de circulation (B) reliant un premier point de jonction (31) disposé en aval du premier échangeur de chaleur (5), à un deuxième point de jonction (32) disposé en aval du premier compresseur (3a), la première branche de circulation (B) comportant: - un deuxième dispositif de détente (11), - une deuxième section d'échange thermique (15) du deuxième échangeur de chaleur (20) permettant les échanges de chaleur avec un flux d'air interne (200), - un troisième échangeur de chaleur (19) en relation avec les batteries du véhicule, - un deuxième compresseur (3b), c) une deuxième branche de circulation (C) reliant un troisième point de jonction (33) disposé sur la première branche de circulation (B) en aval du troisième échangeur de chaleur (19), à un quatrième point de jonction (34) disposé sur la boucle principale (A) en aval de la première section d'échange thermique (16) du deuxième échangeur de chaleur (20), la deuxième branche de circulation (C) comportant un troisième dispositif de détente (17).

Description

CIRCUIT DE GESTION THERMIQUE D’UN VÉHICULE AUTOMOBILE ÉLECTRIQUE OU HYBRIDE
[1] La présente invention se rapporte au domaine des circuits de gestion thermique pour véhicule, en particulier pour véhicule automobile. Les circuits de gestion thermique considérés permettent une régulation thermique de l’habitacle du véhicule, ainsi qu’une régulation thermique d’une batterie de stockage d’énergie électrique destinée à la propulsion des véhicules automobiles électriques et hybrides. [2] Il est souhaitable de maintenir la température des batteries à une température proche de 45°. Lorsque la température est excessive, il existe un risque de détérioration des batteries. Lorsque la température est trop basse, la capacité de stockage diminue. Il existe ainsi une plage de température optimale dans laquelle il est souhaitable de maintenir la température de la batterie. [3] Lors d’une charge rapide des batteries, faisant appel à des puissances électriques de l’ordre de 100 kilowatt, une puissance frigorifique de plusieurs kilowatt doit être fournie par le circuit de gestion thermique afin de maintenir la température des batteries dans leur fourchette de température optimale. Lors d’autres phases de fonctionnement du véhicule, comme par exemple du roulage par température extérieure élevée, le besoin en refroidissement de l’habitacle peut être prédominant. Afin de pouvoir assurer le besoin de refroidissement global, il est connu d’utiliser deux compresseurs distincts afin d’assurer un débit suffisant de fluide réfrigérant.
[4] Un tel circuit de gestion thermique doit donc permettre de moduler précisément la puissance frigorifique fournie à la batterie ainsi que la puissance thermique fournie à l’habitacle. Il doit de plus permettre de fournir la puissance frigorifique nécessaire à assurer le refroidissement de chacun des éléments même dans les cas extrêmes d’utilisation.
[5] La présente invention propose un circuit de conditionnement thermique permettant de répartir de manière précise la puissance frigorifique entre l’habitacle et les batteries, tout en facilitant l’intégration dans l’habitacle du véhicule de l’échangeur de chaleur permettant de refroidir l’habitacle. De plus, la solution proposée permet de plus de produire deux flux d’air frais possédant une température distincte.
[6] [Réservoir] Ainsi, l’invention propose un circuit de gestion thermique d’un véhicule automobile électrique ou hybride configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, ledit circuit de gestion thermique comportant :
- une boucle principale comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : o un premier compresseur, o un premier échangeur de chaleur destiné à être traversé par un flux d’air externe, o un premier dispositif de détente du fluide réfrigérant, o une première section d’échange thermique d’un deuxième échangeur de chaleur destiné à être traversé par un flux d’air interne,
- une première branche de circulation reliant un premier point de jonction disposé en aval du premier échangeur de chaleur, entre le premier échangeur de chaleur et le premier dispositif de détente, à un deuxième point de jonction disposé en aval du premier compresseur, entre le premier compresseur et le premier échangeur de chaleur, la première branche de circulation comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : o un deuxième dispositif de détente, o une deuxième section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur permettant les échanges de chaleur avec un flux d’air interne, o un troisième échangeur de chaleur destiné à être en relation avec les batteries du véhicule automobile électrique ou hybride, o un deuxième compresseur,
- une deuxième branche de circulation reliant un troisième point de jonction disposé sur la première branche de circulation en aval du troisième échangeur de chaleur, entre le troisième échangeur de chaleur et le deuxième compresseur, à un quatrième point de jonction disposé sur la boucle principale en aval de la première section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur, entre la première section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur et le premier compresseur, la deuxième branche de circulation comportant un troisième dispositif de détente.
[7] Selon un aspect de l’invention, la première section d’échange thermique et la deuxième section d’échange thermique sont destinées à être traversées par le flux d’air interne.
[8] Selon un aspect de l’invention, la première section d’échange thermique et la deuxième section d’échange thermique font partie du même deuxième échangeur de chaleur.
[9] L’intégration du deuxième échangeur de chaleur dans l’habitacle du véhicule est ainsi facilitée.
[10] Selon un mode de réalisation du circuit de gestion thermique, la deuxième section d’échange thermique est disposée en amont de la première section d’échange thermique selon le sens d’écoulement du flux d’air interne.
[11] Le flux d’air interne est ainsi refroidi une première fois en traversant la deuxième section d’échange thermique, puis une deuxième fois en traversant la première section d’échange thermique. L’efficacité de l’échange thermique est améliorée. Par rapport à l’art antérieur, il est ainsi possible d’obtenir une température d’air plus basse pour un même débit, ou bien une même température d’air pour un débit d’air traité supérieur.
[12] Selon un mode de réalisation alternatif, la première section d’échange thermique et la deuxième section d’échange thermique sont disposées cote à cote selon le sens d’écoulement du flux d’air interne.
[13] Cette configuration permet qu’une partie du flux d’air interne soit conditionnée à une première température, et qu’une autre partie du flux d’air interne soit conditionnée une deuxième température, distincte de la première température.
[14] Selon un exemple de mise en oeuvre, la deuxième section d’échange thermique est disposée au-dessous de la première section d’échange thermique.
[15] Selon un mode de réalisation, la deuxième section d’échange thermique comporte une entrée et une sortie disposées sur une même face du deuxième échangeur de chaleur. [16] En variante, la deuxième section d’échange thermique comporte une entrée et une sortie disposée sur des faces opposées du deuxième échangeur de chaleur.
[17] Selon un mode de réalisation, la première section d’échange thermique comporte une entrée et une sortie disposée sur une même face du deuxième échangeur de chaleur.
[18] En variante, la première section d’échange thermique comporte une entrée et une sortie disposée sur des faces opposées du deuxième échangeur de chaleur.
[19] Selon un mode de réalisation, l’entrée de la deuxième section d’échange thermique et l’entrée de la première section d’échange thermique sont en vis-à- vis.
[20] Selon un exemple de mise en oeuvre, la sortie de la deuxième section d’échange thermique et la sortie de la première section d’échange thermique sont en vis-à-vis. [21] Selon un mode de réalisation, la deuxième section d’échange thermique comporte une passe unique.
[22] Selon un autre mode de réalisation, la deuxième section d’échange thermique comporte au moins deux passes.
[23] Selon un autre mode de réalisation, la deuxième section d’échange thermique comporte au moins trois passes.
[24] Selon un exemple de réalisation, la première section d’échange thermique comporte une passe unique.
[25] Selon un autre mode de réalisation, la première section d’échange thermique comporte au moins deux passes. [26] En variante, la première section d’échange thermique comporte au moins trois passes.
[27] Selon un mode de réalisation du circuit de gestion thermique selon l’invention, la deuxième section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur comporte un matériau à changement de phase. [28] Selon un mode de réalisation, la première section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur comporte un matériau à changement de phase.
[29] L’énergie nécessaire à faire changer le matériau de phase peut servir à refroidir le flux d’air interne en l’absence de circulation de fluide réfrigérant dans le circuit, par exemple lorsque le véhicule n’est pas en fonctionnement. Il est possible d’avoir seulement la première section d’échange thermique équipée de matériau à changement de phase, ou seulement la deuxième section d’échange thermique équipée de matériau à changement de phase, ou encore d’avoir les deux sections d’échange thermique équipées de matériau à changement de phase.
[30] Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de gestion thermique comporte un échangeur de chaleur interne permettant les échanges de chaleur entre le fluide réfrigérant en sortie du deuxième dispositif de détente et le fluide réfrigérant circulant entre le premier point de jonction et le premier dispositif de détente.
[31 ] Cet échangeur de chaleur interne permet d’améliorer l’efficacité du refroidissement.
[32] Le circuit de gestion thermique selon l’invention est configuré dans un premier mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
- le deuxième compresseur à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression,
- le premier échangeur de chaleur au niveau duquel il perd de la chaleur,
- le deuxième dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une deuxième pression, inférieure à la première pression,
- la deuxième section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur,
- le troisième échangeur de chaleur.
[33] Dans ce mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant traverse la deuxième section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur ainsi que le troisième échangeur de chaleur. Le flux d’air interne est refroidi lors de son passage dans la deuxième section d’échange thermique. La première section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur n’est pas parcourue par le fluide réfrigérant, et ne modifie pas la température du flux d’air interne. Les batteries sont refroidies par l’intermédiaire du troisième échangeur de chaleur.
[34] Le circuit de gestion thermique selon l’invention est aussi configuré dans un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans : le premier compresseur à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression, le premier échangeur de chaleur au niveau duquel il perd de la chaleur, une première partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation et traverse le deuxième dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une deuxième pression, inférieure à la première pression, la deuxième section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur, le troisième échangeur de chaleur, la deuxième branche de circulation et le troisième dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression, inférieure à la deuxième pression, une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par le premier dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à la troisième pression, traverse ensuite la première section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur au niveau duquel il absorbe de la chaleur, la première partie et la deuxième partie du fluide réfrigérant se rejoignant au niveau du quatrième point de jonction avant de rejoindre le premier compresseur.
[35] Dans ce mode de fonctionnement, la première section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur est parcourue par du fluide réfrigérant à la pression la plus basse, donc possédant la température d’évaporation la plus faible. La deuxième section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur et le troisième échangeur de chaleur sont parcourus par du fluide réfrigérant à pression intermédiaire. Le flux d’air interne est donc refroidi par la deuxième section d’échange thermique jusqu’à un premier niveau de température, puis est à nouveau refroidi par la première section d’échange thermique jusqu’à un deuxième niveau de température. Le deuxième niveau de température est plus froid que le premier niveau de température puisque l’évaporation du réfrigérant se produit à une pression plus faible. Les batteries sont refroidies grâce au troisième échangeur, fonctionnant à pression intermédiaire.
[36] Le circuit de gestion thermique selon l’invention est également configuré dans un troisième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
- le premier compresseur à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression,
- le premier échangeur de chaleur au niveau duquel il perd de la chaleur,
- le premier dispositif de détente au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression, inférieure à la première pression,
- la première section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier compresseur.
[37] Dans ce mode de fonctionnement, la première section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur est traversée par du fluide réfrigérant à la pression la plus basse, donc possédant la température d’évaporation la plus faible. La circulation de fluide réfrigérant est interrompue au niveau de la deuxième section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur, ainsi que dans le troisième échangeur de chaleur. Toute la puissance frigorifique disponible peut être utilisée pour refroidir le flux d’air traversant la première section d’échange thermique du deuxième échangeur de chaleur.
[38] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation donnée à titre d’exemples non limitatifs, accompagnée des figures ci-dessous :
[39] - la figure 1 représente une vue schématique d’un circuit de gestion thermique selon un mode de réalisation de l’invention,
[40] - la figure 2 représente une vue schématique du circuit de gestion thermique de la figure 1 selon un premier mode de fonctionnement,
[41] - la figure 3 représente un diagramme de la pression en fonction de l’enthalpie du fluide réfrigérant lors du fonctionnement selon le premier mode de fonctionnement de la figure 2, [42] - la figure 4 représente une vue schématique du circuit de gestion thermique de la figure 1 selon un deuxième mode de fonctionnement,
[43] - la figure 5 représente un diagramme de la pression en fonction de l’enthalpie du fluide réfrigérant lors du fonctionnement selon le deuxième mode de fonctionnement de la figure 4,
[44] - la figure 6 représente une vue schématique du circuit de gestion thermique de la figure 1 selon un troisième mode de fonctionnement,
[45] - la figure 7 représente un diagramme de la pression en fonction de l’enthalpie du fluide réfrigérant lors du fonctionnement selon le troisième mode de fonctionnement de la figure 6,
[46] - la figure 8 représente une vue schématique du circuit de gestion thermique de la figure 1 selon un quatrième mode de fonctionnement,
[47] - la figure 9 représente un diagramme de la pression en fonction de l’enthalpie du fluide réfrigérant lors du fonctionnement selon le quatrième mode de fonctionnement de la figure 8,
[48] - la figure 10 représente une vue schématique d’un échangeur de chaleur du circuit de la figure 1 , comportant deux sections d’échange thermique distinctes, selon un premier mode de réalisation,
[49] - la figure 11 représente une vue schématique d’un échangeur de chaleur du circuit de la figure 1 , comportant deux sections d’échange thermique distinctes, selon un deuxième mode de réalisation,
[50] - la figure 12 représente une vue schématique, partielle, de l’échangeur de la figure 10.
[51 ] Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.
[52] Certains éléments ou paramètres peuvent être indexés, c'est-à-dire désignés par exemple par premier élément ou deuxième élément, ou encore premier paramètre et second paramètre, etc. Cette indexation a pour but de différencier des éléments ou paramètres similaires, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, ou paramètre par rapport à un autre et on peut interchanger les dénominations. Dans la description qui suit, le terme « un premier élément en amont d’un deuxième élément » signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation d'un fluide. De manière analogue, le terme « un premier élément en aval d’un deuxième élément » signifie que le premier élément est placé après le deuxième élément par rapport au sens de circulation du fluide considéré.
[53] On a représenté sur la figure 1 un circuit de gestion thermique 1 d’un véhicule automobile. Le circuit de gestion thermique 1 est configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant. Autrement dit, en fonctionnement normal du circuit 1 , un fluide réfrigérant circule au moins dans une partie du circuit 1. Le circuit de gestion thermique 1 permet de réguler la température ainsi que le taux d’humidité de l’air présent dans l’habitacle du véhicule, afin d’assurer le confort des passagers. Il permet également de refroidir un ou plusieurs organes d’une chaîne de traction électrique du véhicule, comme par exemple un ensemble de cellules de batterie de stockage d’énergie électrique. Le fluide réfrigérant utilisé peut être un fluide chimique classique comme le R-1234yf (formule chimique 2, 3,3,3- Tétrafluoropropène) ou encore le R-134a (formule chimique 1 , 1,1 ,2- Tétrafluoroéthane).
[54] Le circuit de gestion thermique 1 comporte une boucle principale A, une première branche de circulation B, une deuxième branche de circulation C.
[55] La boucle principale A comporte dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : o un premier compresseur 3a, o un premier échangeur de chaleur 5 destiné à être traversé par un flux d’air externe 100, o un premier dispositif de détente 7 du fluide réfrigérant, o une première section d’échange thermique 16 d’un deuxième échangeur de chaleur 20 destiné à être traversé par un flux d’air interne 200.
[56] La première branche de circulation B relie un premier point de jonction 31 disposé en aval du premier échangeur de chaleur 5, entre le premier échangeur de chaleur 5 et le premier dispositif de détente 7, à un deuxième point de jonction 32 disposé en aval du premier compresseur 3a, entre le premier compresseur 3a et le premier échangeur de chaleur 5, la première branche de circulation B comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : o un deuxième dispositif de détente 11 , o une deuxième section d’échange thermique 15 du deuxième échangeur de chaleur 20 permettant les échanges de chaleur avec un flux d’air interne 200, o un troisième échangeur de chaleur 19 destiné à être en relation avec les batteries du véhicule automobile électrique ou hybride, o un deuxième compresseur 3b.
[57] La deuxième branche de circulation C relie un troisième point de jonction 33 disposé sur la première branche de circulation B en aval du troisième échangeur de chaleur 19, entre le troisième échangeur de chaleur 19 et le deuxième compresseur 3b, à un quatrième point de jonction 34 disposé sur la boucle principale A en aval de la première section d’échange thermique 16 du deuxième échangeur de chaleur 20, entre la première section d’échange thermique 16 du deuxième échangeur de chaleur 20 et le premier compresseur 3a, la deuxième branche de circulation C comportant un troisième dispositif de détente 17.
[58] On entend par flux d’air interne 200 un flux d’air à destination de l’habitacle du véhicule automobile. Ce flux d’air interne peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et climatisation, souvent désignée par le terme Anglais
« HVAC » signifiant « Heating, Ventilating and Air Conditioning ».
[59] Le troisième échangeur de chaleur 19 est en couplage thermique avec un ensemble de cellules de batterie assurant par exemple la propulsion du véhicule par un moteur électrique. Le troisième échangeur de chaleur 19 permet ainsi de réguler la température des batteries. Le couplage thermique peut être assuré de manière directe, le réfrigérant échangeant directement de la chaleur avec les batteries, ou encore de manière indirecte, par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur. Dans ce cas, le fluide réfrigérant refroidit le fluide caloporteur qui à son tour refroidit les batteries.
[60] Une unité électronique de contrôle, non représentée, reçoit les informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant en divers points du circuit. L’unité électronique reçoit également les consignes demandées par les occupants du véhicule, comme par exemple la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle. L’unité électronique met en oeuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du circuit de gestion thermique 1.
[61 ] La première section d’échange thermique 16 et la deuxième section d’échange thermique 15 sont destinées à être traversées par le flux d’air interne 200.
[62] Dans le mode de réalisation illustré, la première section d’échange thermique 16 et la deuxième section d’échange thermique 15 font partie du même deuxième échangeur de chaleur 20.
[63] Un même échangeur de chaleur 20 comporte ainsi deux sections d’échange thermique 15, 16 permettant d’obtenir deux niveaux de température différents. L’intégration de cet échangeur de chaleur unique 20 dans l’habitacle du véhicule est ainsi facilitée.
[64] Comme représenté notamment sur les figures 1 et 8, la deuxième section d’échange thermique 15 est disposée en amont de la première section d’échange thermique 16 selon le sens d’écoulement du flux d’air interne 200. Autrement dit, le flux d’air 200 traverse d’abord la deuxième section d’échange thermique 15 puis la première section d’échange thermique 16 avant de ressortir de l’échangeur 20.
[65] Le flux d’air interne 200 est ainsi refroidi une première fois en traversant la deuxième section d’échange thermique 15, puis une deuxième fois en traversant la première section d’échange thermique 16. L’efficacité de l’échange thermique est ainsi améliorée.
[66] Selon un mode de réalisation, illustré sur la figure 10, la deuxième section d’échange thermique 15 comporte une entrée 24 et une sortie 25 disposées sur une même face 6 du deuxième échangeur de chaleur 20.
[67] Selon un autre mode de réalisation, illustré sur la figure 11 , la deuxième section d’échange thermique 15 comporte une entrée 24 et une sortie 25 disposée sur des faces opposées 6,10 du deuxième échangeur de chaleur 20. [68] De même, dans l’exemple de la figure 10, la première section d’échange thermique 16 comporte une entrée 26 et une sortie 27 disposée sur une même face 6 du deuxième échangeur de chaleur 20.
[69] Selon le mode de réalisation de la figure 11 , la première section d’échange thermique 16 comporte une entrée 26 et une sortie 27 disposée sur des faces opposées 6,10 du deuxième échangeur de chaleur 20.
[70] Plus précisément, l’entrée 24 de la deuxième section d’échange thermique 15 et l’entrée 26 de la première section d’échange thermique 16 sont en vis-à-vis. Autrement dit, l’entrée 24 et l’entrée 26 sont sensiblement alignés selon la direction d’écoulement du flux d’air interne 200.
[71 ] De même, la sortie 25 de la deuxième section d’échange thermique 15 et la sortie 27 de la première section d’échange thermique 16 sont en vis-à-vis.
[72] Lorsque les deux entrées 24,26 et les deux sorties 25,27 sont toutes disposées sur une même face de l’échangeur de chaleur 20, l’insertion de l’échangeur thermique 20 dans l’installation de chauffage lors de son montage est facilitée. De même, le raccordement des conduites de réfrigérant à chacune des entrées 24, 26 et sorties 25, 27 de l’échangeur de chaleur 20 est également facilitée.
[73] Selon un mode de réalisation, la deuxième section d’échange thermique 15 comporte une passe unique. Selon un autre mode de réalisation, la deuxième section d’échange thermique 15 comporte au moins deux passes. Selon encore un autre mode de réalisation, schématisé sur la figure 12, la deuxième section d’échange thermique 15 comporte au moins trois passes.
[74] Selon un exemple de réalisation, la première section d’échange thermique 16 comporte une passe unique. Selon un autre exemple de réalisation, la première section d’échange thermique 16 comporte au moins deux passes. En variante, la première section d’échange thermique 16 comporte au moins trois passes. Le nombre de passes de la deuxième section d’échange thermique 15 peut être choisi indépendamment du nombre de passes de la première section d’échange thermique 16. [75] Le circuit de gestion thermique 1 comporte de plus un échangeur de chaleur interne 13 permettant les échanges de chaleur entre le fluide réfrigérant en sortie du deuxième dispositif de détente 11 et le fluide réfrigérant circulant entre le premier point de jonction 31 et le premier dispositif de détente 7. Cet échangeur de chaleur interne 13 permet d’améliorer l’efficacité du refroidissement.
[76] Les premier 7, deuxième 11 et troisième 17 dispositifs de détente peuvent comporter notamment une fonction d’arrêt afin d’interdire la circulation du fluide réfrigérant lorsqu’ils sont complètement fermés. Une telle fonction d’arrêt permet de contrôler la circulation du fluide réfrigérant et ainsi de décider si le fluide réfrigérant circule dans la première section d’échange 16 du deuxième échangeur de chaleur 20, dans la première branche de circulation B et/ou dans la deuxième branche de circulation C.
[77] Les figures 2 à 7 illustrent trois modes de fonctionnement distincts du circuit de gestion thermique 1. D’autres modes de fonctionnement sont également possibles en jouant sur le débit de fluide réfrigérant traversant chacun des premier 7, deuxième 11 et troisième 17 dispositifs de détente, ainsi que sur le régime de rotation du premier compresseur 3a et du deuxième compresseur 3b.
[78] Sur les figures 2, 4 et 6, seules les portions dans lesquelles le fluide réfrigérant circule sont représentées. Le type de trait utilisé schématise la pression du fluide réfrigérant dans la portion de circuit correspondante. Un trait épais correspond à une portion de circuit à haute pression, un trait fin correspond à une portion de circuit à pression intermédiaire et un trait pointillé correspond à une portion de circuit à basse pression. Dans tous les modes de fonctionnement, la valeur de la pression intermédiaire est inférieure à la valeur de la haute pression, et la valeur de la basse pression est inférieure à la valeur de la pression intermédiaire.
[79] Premier mode de fonctionnement :
La figure 2 illustre le fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 selon un premier mode de fonctionnement. La figure 3 est un diagramme représentant l’évolution, dans les branches de circulation A et B, de la pression P du fluide réfrigérant en fonction de son enthalpie H. [80] Dans ce premier mode de fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 , le fluide réfrigérant circule dans : le deuxième compresseur 3b à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression, le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel il perd de la chaleur, le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une deuxième pression, inférieure à la première pression, la deuxième section d’échange thermique 15 du deuxième échangeur de chaleur 20, le troisième échangeur de chaleur 19.
[81 ] Le fluide réfrigérant est à haute pression en sortie du compresseur 3b, comme illustré par la portion 300b du diagramme de la figure 3. Le fluide réfrigérant passe ensuite par le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel le fluide réfrigérant cède de la chaleur au flux d’air externe 100, comme illustré par la portion 500 du diagramme de la figure 3. Au niveau du premier point de jonction 31 , le fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation B et traverse le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, comme illustré par la portion 110 du diagramme de la figure 3. Le fluide réfrigérant traverse ensuite la deuxième section d’échange thermique 15 du deuxième échangeur de chaleur
20 au niveau duquel il absorbe de la chaleur, comme illustré par la portion 150 du diagramme de la figure 4. Le fluide réfrigérant traverse ensuite le troisième échangeur de chaleur 19 au niveau duquel il absorbe de la chaleur, puis rejoint l’entrée du deuxième compresseur 3b, bouclant ainsi le cycle thermodynamique. [82] Dans ce premier mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant ne circule pas dans la partie de la branche principale A située en aval du premier point de jonction 31 , ni dans la deuxième branche de circulation C. Pour cela, le premier dispositif de détente 7 peut par exemple être fermé et interdire la circulation du fluide réfrigérant. La première section d’échange thermique 16 du deuxième échangeur de chaleur 20 n’est pas parcourue par le fluide réfrigérant, et ne modifie pas la température du flux d’air interne 200. [83] Le flux d’air interne 200 est ainsi refroidi en traversant la deuxième section d’échange thermique 15 du deuxième échangeur de chaleur 20. Les batteries sont elles refroidies via le troisième échangeur de chaleur 19. Aux pertes de charge près, la deuxième section d’échange thermique 15 du deuxième échangeur 20 et le troisième échangeur de chaleur 19 sont à la même pression. La température d’évaporation du fluide réfrigérant est donc sensiblement identique dans ces deux échangeurs de chaleur. L’échangeur de chaleur interne 13 est inactif dans ce premier mode de fonctionnement.
[84] Ce premier mode de fonctionnement permet de fournir une puissance de refroidissement modérée aux batteries, tout en assurant un refroidissement de l’habitacle du véhicule. Les batteries peuvent ainsi être maintenue à la température recommandée pendant les phases de charge rapide. Le débit de fluide réfrigérant circulant dans le circuit de gestion thermique 1 est ajusté par l’ouverture du deuxième dispositif de détente 11 ainsi que par le régime de rotation du deuxième compresseur, ces paramètres de contrôle permettant ainsi d’ajuster la puissance totale de refroidissement fournie.
[85] Deuxième mode de fonctionnement :
La figure 4 illustre le fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 selon un deuxième mode de fonctionnement. La figure 5 est un diagramme représentation l’évolution, dans les branches de circulation A, B, C, de la pression P du fluide réfrigérant en fonction de son enthalpie H.
[86] Dans ce deuxième mode de fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 , le fluide réfrigérant circule dans :
- le premier compresseur 3a à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression,
- le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel il perd de la chaleur,
- une première partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation B et traverse le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une deuxième pression, inférieure à la première pression, la deuxième section d’échange thermique 15 du deuxième échangeur de chaleur 20, le troisième échangeur de chaleur 19, la deuxième branche de circulation C et le troisième dispositif de détente 17 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression, inférieure à la deuxième pression,
- une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à la troisième pression, traverse ensuite la première section d’échange thermique 16 du deuxième échangeur de chaleur 20 au niveau duquel il absorbe de la chaleur,
- la première partie et la deuxième partie du fluide réfrigérant se rejoignant au niveau du quatrième point de jonction 34 avant de rejoindre le premier compresseur 3a.
[87] Le fluide réfrigérant est à haute pression en sortie du premier compresseur 3a, comme illustré par la portion 300a du diagramme de la figure 5. Le fluide réfrigérant passe ensuite par le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel le fluide réfrigérant cède de la chaleur au flux d’air externe 100, comme illustré par la portion 500 du diagramme de la figure 5.
[88] Au niveau du premier point de jonction 31 , une première partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation B et traverse le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une pression intermédiaire, comme illustré par la courbe 110 du diagramme de la figure 5. Le fluide réfrigérant traverse ensuite la deuxième section d’échange thermique 15 du deuxième échangeur de chaleur 20, comme le montre la courbe 150 du diagramme de la figure 5, au niveau duquel il absorbe de la chaleur. Le fluide réfrigérant à pression intermédiaire rejoint ensuite le troisième échangeur de chaleur 19 au niveau duquel il absorbe de la chaleur, comme le montre la portion 190 du diagramme de la figure 5. Cette partie de fluide réfrigérant traverse ensuite le troisième dispositif de détente 17 au niveau duquel il passe à une basse pression, inférieure à la pression intermédiaire. Cette deuxième détente est schématisée par la portion 170. Cette partie de fluide réfrigérant rejoint ensuite la branche principale A au niveau du quatrième point de jonction 34, puis rejoint l’entrée du premier compresseur 3a. Le deuxième compresseur 3b n’est pas actif.
[89] Toujours au niveau du premier point de jonction 31 , une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par la boucle principale A, traverse l’échangeur interne 13, puis le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à la basse pression, comme illustré par la portion 700 du diagramme de la figure 5. Le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique 16 du deuxième échangeur de chaleur 20 au niveau de laquelle il absorbe de la chaleur, comme illustré par la courbe 160 du diagramme de la figure 5. Cette partie de fluide réfrigérant rejoint ensuite le quatrième point de jonction 34 où elle se mélange avec la partie de fluide réfrigérant provenant de la deuxième branche de circulation C.
[90] L’échangeur de chaleur interne 13 permet un sous-refroidissement du fluide réfrigérant passant par la boucle principale A. En effet, une partie de l’énergie calorifique du fluide réfrigérant à haute pression passant entre le premier 31 et le premier dispositif de détente 7 est transférée au fluide réfrigérant à pression intermédiaire circulant dans la première branche de circulation B en sortie du deuxième dispositif de détente 11. Ce transfert est illustré par les portions 130a et 130b du diagramme de la figure 5. La différence d’enthalpie schématisée par le segment 130a n’est pas forcément égale à la différence d’enthalpie schématisée par le segment 130b. L’échangeur de chaleur interne 13 permet d’améliorer le coefficient de performance du circuit de gestion thermique 1. Il est cependant tout à fait envisageable de ne pas intégrer d’échangeur interne, selon une variante non représentée du circuit de gestion thermique 1.
[91 ] Dans ce deuxième mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant circule à la fois dans la première branche de circulation B, la deuxième branche de circulation C ainsi que dans la boucle principale A.
[92] Dans ce mode de fonctionnement, la première section d’échange thermique 16 du deuxième échangeur de chaleur 20 est traversée par du fluide réfrigérant à la pression la plus basse, donc possédant la température d’évaporation la plus faible. La deuxième section d’échange thermique 15 du deuxième échangeur de chaleur 20 est parcourue par le fluide réfrigérant à pression intermédiaire. Le flux d’air interne 200 est donc refroidi d’abord par la deuxième section d’échange thermique 15 jusqu’à un premier niveau de température, puis est à nouveau refroidi par la première section d’échange thermique 16 jusqu’à un deuxième niveau de température. Le deuxième niveau de température est plus froid que le premier niveau de température puisque l’évaporation du fluide réfrigérant se produit à une pression plus faible. [93] Ce deuxième mode de fonctionnement permet ainsi d’obtenir conjointement une capacité de refroidissement élevée des batteries, via le troisième échangeur de chaleur 19, ainsi d’un débit d’air interne 200 à basse température.
[94] Le deuxième mode de fonctionnement peut correspondre à une charge rapide des batteries tout en assurant conjointement un refroidissement très efficace de l’habitacle.
[95] Dans le cas où le troisième échangeur de chaleur 19 comporte un matériau à changement de phase, ce dernier peut être « rechargé » dans ce deuxième mode de fonctionnement, notamment pour être utilisé ultérieurement par exemple dans le premier mode de réalisation. Par « recharger », on entend ici que le matériau à changement de phase passe par exemple de la phase liquide à la phase solide.
[96] Troisième mode de fonctionnement :
La figure 6 illustre le fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 selon un troisième mode de fonctionnement. La figure 7 est un diagramme représentation l’évolution, dans la boucle principale A, de la pression P du fluide réfrigérant en fonction de son enthalpie H.
[97] Dans ce troisième mode de fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 , le fluide réfrigérant circule dans :
- le premier compresseur 3a à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression,
- le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel il perd de la chaleur,
- le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression, inférieure à la première pression,
- la première section d’échange thermique 16 du deuxième échangeur de chaleur 20 au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier compresseur 3a.
[98] Le fluide réfrigérant est à haute pression en sortie du premier compresseur 3a, comme illustré par la courbe 300a du diagramme de la figure 7. Le fluide réfrigérant passe ensuite par le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel le fluide réfrigérant cède de la chaleur au flux d’air externe 100, comme illustré par la courbe 500 du diagramme de la figure 7.
[99] Au niveau du premier point de jonction 31 , le fluide réfrigérant passe par la boucle principale A, traverse le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à basse pression, comme illustré par la portion 700 du diagramme de la figure 7. Le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique 16 du deuxième échangeur de chaleur 20 au niveau duquel il absorbe de la chaleur, comme illustré par la portion 160 du diagramme de la figure 7, avant de rejoindre le quatrième point de jonction 34 et de là l’aspiration du premier compresseur 3a.
[100] Dans ce troisième mode de fonctionnement, le fluide réfrigérant ne circule pas dans la première branche de circulation B ni dans la deuxième branche de circulation C. Pour cela, le deuxième dispositif de détente 11 peut par exemple être fermé et interdire la circulation du fluide réfrigérant. Le troisième dispositif de détente 17 peut également être fermé. La deuxième section d’échange thermique 15 du deuxième échangeur de chaleur 20 n’est pas parcourue par le fluide réfrigérant, et ne modifie pas la température du flux d’air interne 200.
L’échangeur de chaleur interne 13 est inactif dans ce premier mode de fonctionnement.
[101] Dans ce troisième mode de fonctionnement, la première section d’échange thermique 16 du deuxième échangeur de chaleur 20 est traversée par du fluide réfrigérant à la pression la plus basse, donc possédant la température d’évaporation la plus faible. Le flux d’air interne 200 est donc refroidi, par la seule action de la première section d’échange thermique 16, jusqu’à une température basse.
[102] Ce troisième mode de fonctionnement permet de dédier la capacité de refroidissement du circuit de gestion thermique 1 au refroidissement du flux d’air interne 200. Toute la puissance frigorifique disponible est ainsi utilisée pour le refroidissement de l’habitacle. Cela permet par exemple un refroidissement rapide de l’habitacle du véhicule automobile même par température extérieure très élevée.
[103] Quatrième mode de fonctionnement : La figure 8 illustre le fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 selon un quatrième mode de fonctionnement. La figure 9 est un diagramme représentation l’évolution, dans la boucle principale A, de la pression P du fluide réfrigérant en fonction de son enthalpie H.
[104] Dans ce quatrième mode de fonctionnement du circuit de gestion thermique 1 , le fluide réfrigérant circule dans :
- le premier compresseur 3a à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression,
- le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel il perd de la chaleur,
- une première partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation B et traverse le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une deuxième pression, inférieure à la première pression, la deuxième section d’échange thermique 15 du deuxième échangeur de chaleur 20, le troisième échangeur de chaleur 19, o une première fraction de la première partie du fluide réfrigérant passe par la deuxième branche de circulation C et le troisième dispositif de détente 17 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression, inférieure à la deuxième pression, o une deuxième fraction de la première partie du fluide réfrigérant passe par le deuxième compresseur 3b et rejoint le fluide réfrigérant sortant du premier compresseur 3a au niveau du deuxième point de jonction 32,
- une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à la troisième pression, traverse ensuite la première section d’échange thermique 16 du deuxième échangeur de chaleur 20 au niveau duquel il absorbe de la chaleur, la première fraction de la première partie du fluide réfrigérant et la deuxième partie du fluide réfrigérant se rejoignant au niveau du quatrième point de jonction 34 avant de rejoindre le premier compresseur 3a.
[105] Le fluide réfrigérant est à haute pression en sortie du premier compresseur 3a, comme illustré par la courbe 300a du diagramme de la figure 9. Le fluide réfrigérant passe ensuite par le premier échangeur de chaleur 5 au niveau duquel le fluide réfrigérant cède de la chaleur au flux d’air externe 100, comme illustré par la courbe 500 du diagramme de la figure 9.
[106] Au niveau du premier point de jonction 31 , une première partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation B, et traverse le deuxième dispositif de détente 11 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une deuxième pression dite pression intermédiaire, comme illustré par la portion 110 du diagramme de la figure 9. Cette première partie de fluide réfrigérant traverse ensuite l’échangeur de chaleur interne 13, puis la deuxième section d’échange thermique 15 du deuxième échangeur de chaleur 20 au niveau duquel il absorbe de la chaleur, comme illustré par la portion 150 du diagramme de la figure 9, puis rejoint ensuite le troisième échangeur de chaleur 19 au niveau duquel il absorbe encore de la chaleur, comme le montre la portion 190 du diagramme de la figure 5.
[107] Au niveau du troisième point de jonction 33, une première fraction de la première partie du fluide réfrigérant passe par la deuxième branche de circulation
C et traverse le troisième dispositif de détente 17 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression, inférieure à la deuxième pression, comme schématisé par la portion 170 sur la figure 9. Toujours au niveau du troisième point de jonction 33, une deuxième fraction de la première partie de fluide réfrigérant, autrement dit le complément à la première fraction, rejoint le deuxième compresseur 3b. En sortie du compresseur 3b, le fluide réfrigérant est à haute pression, comme illustré par la courbe 300b du diagramme de la figure 9. Le fluide réfrigérant à haute pression en sortie du deuxième compresseur 300b rejoint le fluide réfrigérant sortant du premier compresseur 3a. [108] Toujours au niveau du premier point de jonction 31 , une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par la boucle principale A, traverse l’échangeur interne 13, puis le premier dispositif de détente 7 au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression dite basse pression, comme illustré par la portion 700 du diagramme de la figure 9. Le fluide réfrigérant traverse ensuite la première section d’échange thermique 16 du deuxième échangeur de chaleur 20 au niveau de laquelle il absorbe de la chaleur, comme illustré par la courbe 160 du diagramme de la figure 5. Cette partie de fluide réfrigérant rejoint ensuite le quatrième point de jonction 34, où elle se mélange avec la première fraction de la première partie du fluide réfrigérant provenant de la deuxième branche de circulation C. Le fluide réfrigérant rejoint ensuite l’aspiration du premier compresseur 3a.
[109] L’échangeur de chaleur interne 13 permet un sous-refroidissement du fluide réfrigérant passant par la boucle principale A. En effet, une partie de l’énergie calorifique du fluide réfrigérant à haute pression passant entre le premier point de jonction 31 et le premier dispositif de détente 7 est transférée au fluide réfrigérant à pression intermédiaire circulant dans la première branche de circulation B en sortie du deuxième dispositif de détente 11. Ce transfert est illustré par les portions 130a et 130b du diagramme de la figure 9.
[110] Dans ce quatrième mode de fonctionnement, les deux compresseurs 3a et 3b sont tous les deux actifs, et le fluide réfrigérant circule dans toutes les branches du circuit. Dans ce quatrième mode de fonctionnement, la deuxième section d’échange thermique 15 du deuxième échangeur de chaleur 20 est parcourue par le fluide réfrigérant à pression intermédiaire. La première section d’échange thermique 16 du deuxième échangeur de chaleur 20 est traversée par du fluide réfrigérant à la pression la plus basse, donc possédant la température d’évaporation la plus faible. Le flux d’air interne 200 est donc refroidi d’abord par la deuxième section d’échange thermique 15 jusqu’à un premier niveau de température, puis est à nouveau refroidi par la première section d’échange thermique 16 jusqu’à un deuxième niveau de température. Le deuxième niveau de température est plus froid que le premier niveau de température puisque l’évaporation du fluide réfrigérant se produit à une pression plus faible. L’échangeur de chaleur 19 est traversé par du fluide réfrigérant à pression intermédiaire, ce qui permet d’assurer un refroidissement des batteries. L’action conjointe des deux compresseurs permet d’assurer un débit de refroidissement élevé et ainsi une puissance de refroidissement élevée.
[111] Ce quatrième mode de fonctionnement permet d’assurer une régulation thermique des batteries autour de leur température optimum pendant une phase de charge rapide, la pression intermédiaire étant ajustée de sorte à obtenir une température d’évaporation comprise par exemple entre 20° et 30° dans la deuxième section d’échange thermique 15 ainsi que dans le troisième échangeur 19. La basse pression est ajustée de façon à obtenir un refroidissement simultané de l’habitacle avec une température de soufflage d’air plus froide, par exemple comprise entre 0° C et +8°C. Cela permet par exemple un refroidissement rapide de l’habitacle du véhicule automobile tout en assurant une charge rapide des batteries du véhicule. Le régime de rotation de chacun des compresseurs peut être ajusté individuellement, afin d’adapter le débit de fluide réfrigérant traversant chaque branche, et par conséquent la puissance de refroidissement dans chacune des branches.
[112] Selon des modes de réalisation non représentés, le circuit de gestion thermique selon l’invention peut également comprendre une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou combinées entre elles :
[113] La première section d’échange thermique 16 et la deuxième section d’échange thermique 15 peuvent être disposées cote à cote selon le sens d’écoulement du flux d’air interne 200. Dans ce cas, aucune section d’échange thermique n’est en amont de l’autre. Une partie du flux d’air interne 200 traverse uniquement la deuxième section d’échange thermique 15 et une autre partie du flux d’air interne 200 traverse uniquement la première section d’échange thermique 16. Il est ainsi possible d’obtenir une partie du flux d’air interne 200 à une première température, et une autre partie du flux d’air interne 200 à une deuxième température distincte de la première température. Ces deux parties distinctes du flux d’air interne 200 peuvent ainsi être dirigées vers des zones distinctes de l’habitacle. L’air le plus frais peut par exemple être dirigé vers la partie supérieure de l’habitacle, c'est-à-dire vers le pare-brise et la tête des passagers. L’air à température plus élevée peut lui être dirigé vers la partie intermédiaire ou la partie basse de l’habitacle. Cela permet d’assurer un désembuage particulièrement efficace du pare-brise ainsi qu’un bon confort thermique des passagers.
[114] La deuxième section d’échange thermique 15 est disposée au-dessous de la première section d’échange thermique 16. On entend par « au dessous » que la deuxième section d’échange thermique 15 est plus près du sol sur lequel roule le véhicule que la première section d’échange thermique 16, lorsque l’échangeur de chaleur 20 est assemblé dans sa position de montage normal dans le véhicule. Cette configuration facilite l’orientation de l’air le plus frais vers la partie supérieure de l’habitacle.
[115] La deuxième section d’échange thermique 15 du deuxième échangeur de chaleur 20 peut comporter un matériau à changement de phase. De même, la première section d’échange thermique 16 du deuxième échangeur de chaleur 20 comporte un matériau à changement de phase.
[116] L’énergie nécessaire à faire passer le matériau à changement de phase de l’état solide à l’état liquide peut servir à refroidir le flux d’air interne en l’absence de circulation de fluide réfrigérant dans le circuit, par exemple lorsque le véhicule n’est pas en fonctionnement.

Claims

Revendications
1. Circuit de gestion thermique (1 ) d’un véhicule automobile électrique ou hybride configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, ledit circuit de gestion thermique (1) comportant :
- une boucle principale (A) comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : o un premier compresseur (3a), o un premier échangeur de chaleur (5) destiné à être traversé par un flux d’air externe (100), o un premier dispositif de détente (7) du fluide réfrigérant, o une première section d’échange thermique (16) d’un deuxième échangeur de chaleur (20) destiné à être traversé par un flux d’air interne (200),
- une première branche de circulation (B) reliant un premier point de jonction (31 ) disposé en aval du premier échangeur de chaleur (5), entre le premier échangeur de chaleur (5) et le premier dispositif de détente (7), à un deuxième point de jonction (32) disposé en aval du premier compresseur (3a), entre le premier compresseur (3a) et le premier échangeur de chaleur (5), la première branche de circulation (B) comportant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant : o un deuxième dispositif de détente (11 ), o une deuxième section d’échange thermique (15) du deuxième échangeur de chaleur (20) permettant les échanges de chaleur avec un flux d’air interne (200), o un troisième échangeur de chaleur (19) destiné à être en relation avec les batteries du véhicule automobile électrique ou hybride, o un deuxième compresseur (3b),
- une deuxième branche de circulation (C) reliant un troisième point de jonction (33) disposé sur la première branche de circulation (B) en aval du troisième échangeur de chaleur (19), entre le troisième échangeur de chaleur (19) et le deuxième compresseur (3b), à un quatrième point de jonction (34) disposé sur la boucle principale (A) en aval de la première section d’échange thermique (16) du deuxième échangeur de chaleur (20), entre la première section d’échange thermique (16) du deuxième échangeur de chaleur (20) et le premier compresseur (3a), la deuxième branche de circulation (C) comportant un troisième dispositif de détente (17).
2. Circuit de gestion thermique (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel la première section d’échange thermique (16) et la deuxième section d’échange thermique (15) sont destinées à être traversées par le flux d’air interne (200).
3. Circuit de gestion thermique (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la deuxième section d’échange thermique (15) est disposée en amont de la première section d’échange thermique (16) selon le sens d’écoulement du flux d’air interne (200).
4. Circuit de gestion thermique (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première section d’échange thermique (16) et la deuxième section d’échange thermique (15) sont disposées cote à cote selon le sens d’écoulement du flux d’air interne (200).
5. Circuit de gestion thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la deuxième section d’échange thermique (15) comporte une entrée (24) et une sortie (25) disposées sur une même face (6) du deuxième échangeur de chaleur (20).
6. Circuit de gestion thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première section d’échange thermique (16) comporte une entrée (26) et une sortie (27) disposée sur une même face (6) du deuxième échangeur de chaleur (20).
7. Circuit de gestion thermique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, comportant un échangeur de chaleur interne (13) permettant les échanges de chaleur entre le fluide réfrigérant en sortie du deuxième dispositif de détente (11) et le fluide réfrigérant circulant entre le premier point de jonction (31 ) et le premier dispositif de détente (7).
8. Circuit de gestion thermique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il est configuré dans un premier mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
- le deuxième compresseur (3b) à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression,
- le premier échangeur de chaleur (5) au niveau duquel il perd de la chaleur,
- le deuxième dispositif de détente (11 ) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une deuxième pression, inférieure à la première pression,
- la deuxième section d’échange thermique (15) du deuxième échangeur de chaleur (20),
- le trosième échangeur de chaleur (19).
9. Circuit de gestion thermique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1à 7, caractérisé en ce qu’il est configuré dans un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
- le premier compresseur (3a) à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression,
- le premier échangeur de chaleur (5) au niveau duquel il perd de la chaleur, - une première partie du fluide réfrigérant passe par la première branche de circulation (B) et traverse le deuxième dispositif de détente (11) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une deuxième pression, inférieure à la première pression, la deuxième section d’échange thermique (15) du deuxième échangeur de chaleur (20), le troisième échangeur de chaleur (19), la deuxième branche de circulation (C) et le troisième dispositif de détente
(17) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression, inférieure à la deuxième pression,
- une deuxième partie du fluide réfrigérant passe par le premier dispositif de détente (7) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à la troisième pression, traverse ensuite la première section d’échange thermique (16) du deuxième échangeur de chaleur (20) au niveau duquel il absorbe de la chaleur, - la première partie et la deuxième partie du fluide réfrigérant se rejoignant au niveau du quatrième point de jonction (34) avant de rejoindre le premier compresseur (3a).
10. Circuit de gestion thermique (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il est configuré dans un troisième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant circule dans :
- le premier compresseur (3a) à la sortie duquel le fluide réfrigérant est à une première pression,
- le premier échangeur de chaleur (5) au niveau duquel il perd de la chaleur,
- le premier dispositif de détente (7) au niveau duquel le fluide réfrigérant passe à une troisième pression, inférieure à la première pression,
- la première section d’échange thermique (16) du deuxième échangeur de chaleur (20) au niveau duquel il absorbe de la chaleur avant de rejoindre le premier compresseur (3a). j
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