Projet ANR-11-VPTT-0005 – ELEC-HP : Pompes à chaleur à haute efficacité énergétique pour véhicules électrifiés routiers et ferroviaires
Programme : Transports Terrestres Durables (TTD)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Denis CLODIC (ERIE)
Partenaires : ALSTOM TRANSPORT SA; Association pour la recherche et le développement des méthodes et processus industriels; École nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique de Poitiers; ERIE ERIE; VALEO SYSTEMES THERMIQUES
Montant : 893706.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Développement générique de pompes à chaleur électriques pour des véhicules électriques et des véhicules ferroviairesConception d’échangeurs innovants en vue de limiter la formation du givreConception système d’intégration pour gérer le givrage et le dégivrage Conception système pour récupérer et valoriser les chaleurs disponiblesDémonstration sur un pilote.
Chauffer les véhicules électriques en divisant par 3 la consommation due au chauffageLe projet ELEC-HP vise à développer de manière générique une famille de pompes à chaleur embarquées qui se substituent au chauffage par résistance électrique Les verrous à lever sont :- l'usage d'un fluide frigorigène dont le GWP est < 150, qui présente de bonnes performances énergétiques en chauffage pour une température extérieure de -20 °C et en rafraîchissement pour une température extérieure de + 40 °C- la conception d'échangeurs entièrement brasé en aluminium, avec une conception d'ailettes optimisée pour une meilleure gestion des cycles de givrage/dégivrage - la conception de nouvelles stratégies de dégivrage sans inversion de cycle et n’impactant pas le confort dans l’habitacle- le développement, pour les véhicules routiers, de stratégies de pré-conditionnement incluant du stockage d’énergie- la conception de systèmes de diffusion de la chaleur et de la fraîcheur au plus près des passagers pour améliorer le ratio énergie utile/énergie produite.Les enjeux pour les véhicules électriques est de réduire de plus de 50 % la consommation annualisée du confort thermique et d’obtenir des gains d’autonomie de plus de 50 % sur les périodes froides à forte occurrence (-5 °C / +5 °C) par rapport à un chauffage résistif. Les enjeux pour les véhicules ferroviaires sont de limiter d’au moins un facteur trois la consommation d’énergie qui est assurée actuellement par des résistances électriques et d’améliorer le confort ressenti par les passagers via une meilleure diffusion de la chaleur.
Articulation simulations / conception innovante / essais de composants / intégration système.La première voie d’innovation réside dans la conception, la simulation et la mise au point de générateurs de tourbillons permettant l’amplification des échanges de chaleur et la gestion du dépôt de givre. Cette gestion est duale soit par une gestion des rangs de l’échangeur pour que l’un soit le bouclier de l’autre, soit par limitation du dépôt solide.La deuxième voie d’innovation est associée à la conception système à plusieurs échelles : échelle de l’échangeur pour la gestion du dépôt de givrage et du dégivrage, échelle de la pompe à chaleur pour minimiser les pertes énergétiques dues au dégivrage, échelle du véhicule pour minimiser les besoins et récupérer l’énergie sur l’air extrait, échelle de l’usager pour fournir juste la quantité d’énergie nécessaire.
Résumé de la soumission : Ce projet vise à développer de manière générique une famille de pompes à chaleur embarquées qui se substituent au chauffage par résistance électrique. Il faut pour cela concevoir et/ou adapter des architectures et composants qui permettent de réaliser des pompes à chaleur embarquées inversables (fonctionnement en rafraîchissement et en chauffage), à haute efficacité énergétique, fiables et adaptées aux véhicules électrifiés et aux trains, utilisant un compresseur électrique. Les verrous à lever sont :-	d’utiliser une fluide frigorigène dont le GWP est inférieur à 150 et qui présente de bonnes performances énergétiques en chauffage pour une température extérieure de -30 °C mais aussi en rafraîchissement pour une température extérieure de + 40 °C ;-	de concevoir des échangeurs entièrement en aluminium brasé, avec une nouvelle conception des ailettes, optimisée pour une meilleure gestion des cycles de givrage et dégivrage, qui se révèle être un enjeu majeur pour rendre robuste et pérenniser l’utilisation de pompes à chaleur dans les transports ;-	de concevoir de nouvelles stratégies de dégivrage qui n’inversent pas le cycle et n’impactent pas le confort dans l’habitacle ;-	de développer, pour les véhicules routiers, des stratégies de pré-conditionnement incluant du stockage d’énergie ;-	de concevoir des systèmes de diffusion de la chaleur et de la fraîcheur au plus près des passagers pour améliorer le ratio énergie utile / énergie produite.Une fois ces verrous levés et les solutions technologiques prouvées au niveau laboratoire, deux démonstrateurs seront conçus, réalisés et testés ; un démonstrateur de pompe à chaleur de véhicule électrique préexistant sera modifié pour inclure les nouveaux échangeurs, modifier le mode de dégivrage, modifier la régulation globale du système. Pour ce faire, il faudra simuler en régime dynamique les besoins de chauffage et de refroidissement ainsi que la gestion énergétique globale associée qui est spécifique pour les véhicules hybrides rechargeables, les véhicules électriques, les trains et les tramways. Les stratégies de pré-conditionnement seront conçues et seront mises en œuvre. Les 2 +1 démonstrateurs de pompes à chaleur inversables seront conçus en parallèle et requièrent des développements propres :o	pour véhicule hybride rechargeableo	pour véhicule électriqueo	pour une voiture de tramway.Les trois prototypes seront réalisés dans le cadre de ce projet et seront testés pendant une année en intégrant les différentes saisons. Ceci permettra le système en pompe à chaleur et en système de climatisation. Pour cela, les prototypes seront en fonctionnement à partir du début de la troisième année du programme et les mesures seront menées pendant une année.
Résultats : Résultats majeurs du projet :  
- stratégies de dégivrage à faible impact énergétique
- conception d’évaporateur-condenseur à faible dépôt de givre (en cours)
- développement système d’une pompe à chaleur inversable fonctionnant de -20°C à +40°C (à venir)
Perspectives : Développement de nouveaux systèmes de pompe à chaleur utilisant les mêmes types d’échangeurs et les mêmes types de concept de gestion du givrage et du dégivrage pour les véhicules électriques et les véhicules ferroviaires.
Publications et brevets : En cours