Brevet FR2724875A1 — publié le 19960329

L'invention concerne un dispositif pour chauffer l'habitacle d'un véhicule électrique possédant une batterie à haute température, refroidie par air, dont la chaleur perdue est utilisée pour chauffer l'habitacle. Par le document DE-OS 26 38 862, il est connu, s'agissant de véhicules électriques, d'utiliser la batterie au plomb, prévue selon ce document, également comme accumulateur de chaleur, du fait que le bloc batterie est échauffé avant le départ du véhicule à une température accrue et l'énergie calorifique emmagasinée est utilisée pendant la marche du véhicule pour le chauffage de celui-ci. La chaleur du bloc batterie peut être évacuée par un circuit de liquide ou par le refroidissement par air de la batterie. En raison de leur densité d'énergie comparativement grande, on préfère, pour des véhicules électriques projetés, ce que l'on appelle des batteries à haute température, qui doivent être refroidies plus ou moins fortement suivant les conditions de fonctionnement. A cet égard, il est connu, par le document DE 42 26 781 A1, de prévoir dans le véhicule un circuit de caloporteur utilisant un caloporteur liquide pour absorber d'une part la chaleur perdue d'appareils électriques du groupe propulseur électrique et d'autre part la chaleur perdue de la batterie à haute température, laquelle est raccordée par un circuit de fluide comportant un échangeur de chaleur au circuit de caloporteur, et de les évacuer en les cédant à l'air de l'habitacle du véhicule par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur utilisable comme un corps de chauffe pour l'habitacle. L'invention vise, pour un véhicule possédant une batterie à haute température, à permettre d'une part un refroidissement par air de la batterie, qui est avantageux par la simplicité de sa construction et la sécurité relativement grande, et à garantir d'autre part que lors de l'utilisation de la chaleur de l'air venant de la batterie, une diminution suffisante de la température se produise par rapport à la température de service de la batterie - qui peut être élevée dans certaines conditions en créant globalement une construction avantageuse. Conformément à l'invention, on obtient ce résultat par le fait que l'on peut faire passer l'air effluent de la batterie à haute température de façon commandée par un premier échangeur de chaleur, que l'on peut également solliciter de façon commandée par de l'air frais et qui fait partie d'un circuit de liquide, en particulier d'un circuit d'eau, comportant un autre échangeur de chaleur servant à délivrer de la chaleur à l'air de l'habitacle ou destiné à l'habitacle, le circuit étant relié, en aval de cet autre échangeur dans le sens de l'écoulement du liquide, à des composants générateurs de chaleur - tels qu'un convertisseur de tension ou un régulateur et un moteur électrique - du groupe propulseur électrique, en vue de l'absorption de la chaleur perdue de ces composants. L'invention est basée sur le concept général consistant à prévoir, pour le chauffage de l'habitacle, un circuit de liquide, en particulier un circuit d'eau, dans lequel peut être injectée la chaleur de l'air effluent de la batterie à haute température. D'une part, on peut réaliser de cette manière le refroidissement par air, avantageux du point de vue de la sécurité, de la batterie à haute température. D'autre part, la chaleur de la batterie peut être amenée sans pertes notables à l'habitacle à partir de pratiquement n'importe quel emplacement de la batterie dans le véhicule. En effet, le liquide circulant dans le circuit, en particulier de l'eau, est capable de transporter de grandes quantités de chaleur, même si la quantité de liquide est faible, et les canalisations de liquide peuvent être isolées contre la perte de chaleur sans que cela entraîne une dépense importante. Le coût global de la construction reste faible, ainsi que cela est souhaité, parce que le circuit de liquide est lui-même utilisé aussi pour absorber de la chaleur et par suite pour refroidir des composants générateurs de chaleur du groupe propulseur électrique. Ceci est possible sans problèmes parce que la température du liquide reste relativement basse, si la construction est conçue en conséquence, même lors d'une utilisation du chauffage à la puissance maximale. Dans le cas o il n'y a pas de besoin de chauffage, le circuit de liquide peut servir exclusivement au refroidissement des composants du groupe propulseur électrique parce que le premier échangeur de chaleur peut au besoin être sollicité aussi par de l'air frais dans la mesure nécessaire à l'évacuation de la chaleur. A cet égard, il peut être prévu, en conformité avec une mode de réalisation préféré de l'invention, que le circuit de liquide comporte un canal de dérivation commandé, contournant ledit autre échangeur de chaleur, de sorte qu'aucun apport de chaleur à l'habitacle n'est effectué éventuellement. Il convient par ailleurs de faire en sorte que l'air entre la batterie et le premier échangeur de chaleur puisse être recyclé totalement ou partiellement, de sorte que la chaleur perdue de la batterie puisse éventuellement être transférée complètement dans le circuit de liquide. Le cas échéant, un accumulateur de chaleur peut être agencé en plus dans le circuit de liquide, en amont dudit autre échangeur de chaleur à des composants générateurs de chaleur, afin de pouvoir emmagasiner temporairement de la chaleur non nécessaire à des fins de chauffage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation avantageux, mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une représentation globale à la façon d'un schéma de branchement, du système de chauffage; et - les figures 2A à 2D représentent un système de guidage d'air et de clapets pour commander l'écoulement d'air dans la batterie et sur le premier échangeur de chaleur en différentes situations de fonctionnement. Selon la figure 1, une batterie à haute température 1 possède une entrée d'air 2 ainsi qu'une sortie d'air 3, l'agencement étant tel que de l'air de refroidissement puisse être soufflé à travers la batterie 1 par un ventilateur 4. Au moyen d'un système 5 de commande de l'air comprenant des clapets, on peut obtenir d'une part que de l'air frais, de température relativement basse, soit amené à la batterie 1 et soit rejeté à l'extérieur après avoir été échauffé dans celle-ci. Il est possible d'autre part d'amener l'air effluent échauffé de la batterie 1 en totalité ou partiellement, dans un mode de recyclage, vers le côté aspiration du ventilateur 4 avec passage de l'air à travers un échangeur de chaleur 6 qui fait partie d'un circuit d'eau 7 et auquel peut être envoyé aussi, directement, de l'air frais de température relativement basse, éventuellement à l'aide d'un ventilateur 8 supplémentaire (ou aussi par convection). Le circuit d'eau 7 possède une pompe de circulation 9, en aval de laquelle sont agencés un accumulateur de chaleur 10 et un autre échangeur de chaleur 11, avec prévision d'un robinet de commande 12 entre l'accumulateur 10 et l'échangeur 11 pour, éventuellement, envoyer l'eau venant de la pompe 9 dans une canalisation de dérivation 13 contournant l'échangeur 11. L'échangeur 11 a pour but de céder la chaleur de l'eau à l'air de l'habitacle d'un véhicule ou l'air amené à cet habitacle afin d'échauffer éventuellement ce dernier. Des composants générateurs de chaleur 14 du groupe propulseur électrique sont disposés en amont de l'échangeur 6, dans le sens de l'écoulement de l'eau, de sorte que la chaleur de ces composants peut être évacuée par l'eau et que le circuit d'eau 7 sert de circuit de refroidissement pour ces composants 14 dont la chaleur perdue est éventuellement disponible aussi à des fins de chauffage. Le système 5 à clapets pour la commande de l'écoulement d'air, comprend une chambre d'air 15, contenant l'échangeur de chaleur 6, ainsi que deux admissions d'air 16' et 16" dont la première communique en permanence avec l'entrée d'air 2 de la batterie à haute température 1 et dont l'admission 16", à travers laquelle l'échangeur 6 peut être alimenté éventuellement en air frais, peut être fermée par un clapet 17. On a prévu en outre deux échappements d'air 18' et 18, à chacun desquels est coordonné un clapet 19 ou 20 pour que l'air effluent venant de la sortie d'air 3 de la batterie 1 puisse être rejeté à l'extérieur à travers l'échappement d'air 18' ou amené totalement ou partiellement à l'échangeur 6, respectivement pour que l'air venant de l'échangeur 6 puisse être évacué à l'extérieur à travers l'échappement 18" ou amené totalement ou partiellement à l'entrée d'air 2 de la batterie 1. Les clapets 17, 19 et 20 peuvent être réglés (positionnés) de nombreuses manières. Selon la figure 2A, ces clapets sont réglés pour que de l'air frais soit amené en permanence à la batterie 1 et que l'air effluent de celle-ci soit évacué en permanence à l'extérieur, tandis que, simultanément, de l'air frais s'écoule sans cesse à travers l'échangeur 6 pour également être évacué à l'extérieur. Dans ce mode de fonctionnement, la batterie 1 est donc refroidie continûment; en même temps, le circuit d'eau 7 sert exclusivement au refroidissement des composants 14. Selon la figure 2B, les clapets 17, 19 et 20 sont réglés de manière que, d'une part, l'amenée d'air frais à l'échangeur 6 soit empêchée et, d'autre part, tout l'air effluent de la batterie 1 parvienne à l'entrée d'air 2 de celle-ci. Ainsi, la chaleur de la batterie 1 est amenée en totalité à l'échangeur 6, donc transférée dans le circuit d'eau 7, si bien que cette chaleur peut être amenée en totalité ou partiellement dans l'accumulateur de chaleur 10 et/ou à l'autre échangeur de chaleur 11 pour le chauffage de l'habitacle. Le circuit d'eau 7 continue à servir en même temps au refroidissement des composants 14 dont la chaleur perdue est utilisée pour préchauffer l'eau du côté de l'entrée de l'échangeur 6. La figure 2C montre la possibilité de recycler en partie seulement, par l'échangeur 6, l'air effluent de la batterie 1, de sorte que cette dernière reçoit également une proportion correspondante d'air frais par son entrée d'air 2. La figure 2D montre la possibilité de régler les clapets 17, 19 et 20 à des positions intermédiaires, pouvant dans le principe être choisies librement, ce qui permet un mode de fonctionnement mixte fonction des positions choisies, dans lequel l'échangeur de chaleur 6 reçoit à la fois de l'air effluent de la batterie i et de l'air frais, tandis que l'air sortant de cet échangeur est évacué en totalité ou partiellement à l'extérieur ou dirigé vers l'entrée d'air 2 de la batterie 1. A la différence du mode de réalisation représenté, les admissions d'air 16' et 16", comme les échappements d'air 18' et 18", peuvent être juxtaposées chaque fois directement du même côté de la chambre d'air , ou être agencés comme des parties d'une admission d'air unique ou d'un échappement d'air unique. Dans le but d'éviter des dépôts de matières étrangères, poussière, pollen ou analogue dans la batterie 1 ou les circuits d'air, il convient d'installer des filtres à air appropriés aux entrées d'air du dispositif et/ou à l'entrée d'air de la batterie 1 ou du ventilateur 4. Un filtre à air 21 est installé du côté de l'entrée du ventilateur 4 dans l'exemple de la figure 1. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif pour chauffer l'habitacle d'un véhicule électrique possédant une batterie à haute température, refroidie par air, dont la chaleur perdue est utilisée pour chauffer l'habitacle, caractérisé en ce que de l'air effluent de la batterie à haute température (1) peut être amené à passer, de façon commandée, par un échangeur de chaleur (6) que l'on peut également solliciter de façon commandée par de l'air frais et qui fait partie d'un circuit de liquide (7), en particulier d'un circuit d'eau, comportant un autre échangeur de chaleur (11) pour délivrer de la chaleur à de l'air de l'habitacle ou destiné à l'habitacle, le circuit étant relié en aval de cet échangeur de chaleur (11), dans le sens de l'écoulement, à des composants (14) générateurs de chaleur - par exemple à un convertisseur de tension ou un régulateur et un moteur électrique - du groupe propulseur électrique du véhicule, en vue de l'absorption de la chaleur perdue de ces composants (14). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de liquide (7) comporte un canal de dérivation (13) qui contourne ledit autre échangeur de chaleur (11) et peut être commandé. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'air entre la batterie à haute température (1) et le premier échangeur de chaleur (6) est recyclable en totalité ou partiellement. 4. Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un accumulateur de chaleur (10) est installé dans le circuit de liquide (7) en amont dudit autre échangeur de chaleur (11) ou en amont des composants (14) générateurs de chaleur.