Brevet FR2757456A1 — publié le 19980626

I Dispositif de chauffaae de l'habitacle d'un véhicule à moteur électrique L'invention concerne un dispositif de chauffage de l'habita- cle d'un véhicule à moteur électrique, du type comprenant un radiateur de chauffage propre à être traversé par un flux d'air. Pour assurer le chauffage de l'habitacle d'un véhicule propulsé par un moteur électrique, il est connu d'utiliser un radiateur de chauffage de type électrique alimenté à partir des batteries embarquées dans le véhicule. Ce radiateur de chauffage électrique est le plus souvent placé dans l'habita- cle, à la place du radiateur de chauffage traditionnel, parcouru par un fluide chaud, dans le cas d'un véhicule animé par un moteur thermique. L'utilisation d'un radiateur de chauffage de type électrique présente divers inconvénients. Tout d'abord, comme ce radiateur électrique est alimenté à partir des batteries-du véhicule, le chauffage de l'habitacle s'effectue au détriment de l'autonomie du véhicule, puisque ce sont aussi les batteries qui servent à l'alimentation du moteur électrique. En outre, un radiateur électrique de ce type est nécessaire- ment limité en puissance, ce qui entraîne pour inconvénient que, par temps froid, le chauffage produit dans l'habitacle est généralement insuffisant. Pour pallier ce manque de puissance, il est connu d'adjoindre au radiateur de chauffage électrique un radiateur de chauf- fage classique parcouru par un fluide caloporteur servant au refroidissement du circuit de puissance, encore appelé "électronique de puissance", du moteur électrique du véhicu- le. Ainsi, la source de chaleur est prélevée sur le circuit de puissance du moteur du véhicule, au travers d'un circuit de fluide caloporteur, habituellement de l'eau additionnée d'un antigel. Un tel dispositif de chauffage, que l'on peut qualifier de "dispositif mixte", a pour inconvénient majeur de faire cohabiter un circuit de liquide et un circuit électrique dans l'habitacle, à proximité des occupants, ce qui peut représen- ter un grand danger. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- nients précités. Elle propose, à cet effet, un dispositif de chauffage du type défini en introduction, dans lequel le radiateur de chauffage comprend une première nappe reliée à un premier circuit parcouru par un premier fluide caloporteur et servant au refroidissement du circuit électronique de puissance du moteur électrique du véhicule, et une deuxième nappe reliée à un deuxième circuit parcouru par un deuxième fluide caloporteur et comportant une capacité contenant ce deuxième fluide caloporteur, dans laquelle est immergée au moins une résistance électrique. Ainsi, le chauffage de l'habitacle s'effectue à partir d'un radiateur unique, ou échangeur de chaleur, comprenant deux nappes, encore appelées "niveaux", dont la première sert principalement au refroidissement du circuit de puissance du moteur, et la deuxième sert au chauffage par l'intermédiaire d'une ou plusieurs résistances électriques immergées dans la capacité parcourue par le second fluide. Ainsi, pour assurer le chauffage de l'habitacle, on récupère à la fois de l'énergie thermique générée par le circuit de puissance du moteur du véhicule et de l'énergie thermique procurée par la ou les résistances électriques immergées dans la capacité. Du fait que le radiateur comporte deux nappes parcourues chacune par un fluide, on évite ainsi de faire cohabiter un circuit de liquide et un circuit électrique. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le premier circuit intègre un radiateur de refroidissement du moteur électrique du véhicule. On prévoit alors de façon avantageuse que le premier circuit comporte une vanne propre à prendre deux positions: une position dite "été" dans laquelle le premier fluide circule dans le radiateur de refroidissement, et une position dite "hiver" dans laquelle le premier fluide circule dans la première vanne du radiateur de chauffage. Ainsi, le premier circuit, qui sert au refroidissement du circuit de puissance du moteur, peut prendre deux positions différentes. Dans la position dite "été", le premier fluide est dirigé vers le radiateur de refroidissement du véhicule, sans traverser la première nappe du radiateur de chauffage. Dans la position dite "hiver", le premier fluide parcourt la première nappe du radiateur de chauffage, ce qui permet de récupérer les calories pour assurer le chauffage de l'habita- cle. La deuxième nappe du radiateur de chauffage sert uniquement au chauffage de l'habitacle, en période d'hiver, par l'inter- médiaire de la ou des résistances électriques immergées dans la capacité. Bien évidemment, ces résistances électriques ne sont pas actionnées en période d'été. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend des moyens de circulation pour faire circuler le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur respectivement dans le premier circuit et dans le deuxième circuit. De façon avantageuse, ces moyens de circulation comprennent une pompe à deux étages comportant une première turbine et une deuxième turbine couplées respectivement au premier circuit et au deuxième circuit, ainsi qu'un moteur électrique commun entraînant la première turbine et la deuxième turbine en synchronisation. De façon préférentielle, le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur sont formés chacun par de l'eau additionnée d'un antigel. Selon une autre caractéristique de l'invention, la première nappe et la deuxième nappe du radiateur de chauffage sont séparées par une fente. De façon préférentielle, le radiateur de chauffage est situé du côté de l'habitacle. Par contre, le premier circuit et le deuxième circuit sont avantageusement situés du côté du compartiment moteur du véhicule. Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de chauffage de l'habitacle d'un véhicule à moteur électrique selon l'invention; - la figure 2 représente schématiquement le radiateur de chauffage du dispositif de la figure 1; et - la figure 3 est une vue en perspective d'une pompe à deux étages faisant partie du dispositif de la figure 1. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente un dispositif 10 selon l'invention aui est implanté dans un véhicule animé par un moteur électrique M. Ce moteur électri- aue M est placé dans le compartiment moteur CM du véhicule, lequel est séparé de l'habitacle H par un tablier T. Le dispositif de l'invention comprend un radiateur de chauffage 12 situé du côté de l'habitacle H et comportant une première nappe 14 et une deuxième nappe 16 propres à être traversées, dans cet ordre, par un flux d'air F. Le flux d'air F qui est, soit de l'air prélevé à l'extérieur de l'habitacle, soit de l'air recirculé prélevé à l'intérieur de l'habitacle, soit encore un mélange des deux, est réchauffé par le radiateur de chauffage 12 et ensuite envoyé dans l'habitacle H par des buses (non représentées). Le radiateur de chauffage 12 est réalisé suivant une techni- que connue et comporte des tubes (non représentés) qui traversent des ailettes (non représentées). Comme on peut le voir sur la figure 2, les nappes 14 et 16 sont séparées l'une de l'autre par une fente 18. La nappe 14 est reliée à un premier circuit 20 parcouru par un premier fluide caloporteur, dans l'exemple de l'eau additionnée d'un antigel, tel que du glycol. Le circuit 20 est relié en série à un échangeur 22 servant au refroidisse- ment du circuit de puissance CP (encore appelé "électronique de puissance") du moteur électrique M. En effet, le circuit de puissance d'un moteur électrique de véhicule automobile dissipe une énergie thermique non négligeable. Le circuit 20 permet de récupérer cette énergie thermique et de la véhicu- ler dans la première nappe 14. Le premier circuit 20 comprend en outre un radiateur de refroidissement classique 24 qui sert au refroidissement du moteur M. Le radiateur 24 est relié en dérivation au circuit par des conduites 26 et 28, l'accès au radiateur 24 étant contrôlé par une vanne 30 du type trois voies. Cette vanne 30 peut prendre deux positions: une position dite "été" dans laquelle le fluide circule dans le radiateur de refroidisse- ment 24, sans traverser la nappe 14 du radiateur de chauffage 12, et une position dite "hiver" dans laquelle le fluide circule dans la nappe 14 du radiateur de chauffage 12, sans traverser le radiateur de refroidissement 24. La deuxième nappe 16 du radiateur de chauffage 12 est reliée à un circuit 32 parcouru par un deuxième fluide caloporteur qui, dans l'exemple, est constitué également par de l'eau additionnée d'un antigel, tel que du glycol. Ce circuit 32 comporte en outre une capacité 34, c'est-à-dire une enceinte parcourue par le deuxième fluide caloporteur. A l'intérieur de la capacité 34 est immergée une résistance électrique 36 couplée à une source électrique 38, c'est-à-dire aux batte- ries du véhicule, et susceptible d'être alimentée ou non en fonction de la position d'un interrupteur 40. La circulation des deux fluides caloporteurs dans les circuits 20 et 32 s'effectue au moyen d'une pompe 42 du type à deux étages. Cette pompe 42 comprend un premier étage (turbine 44) intégré dans le circuit 20 et un second étage (turbine 46) intégré dans le circuit 32 (figures 1 et 3). Les turbines 44 et 46 sont entraînées en synchronisme par un moteur électrique commun 48 (figure 3). Ainsi, la pompe 42 permet de faire circuler en même temps le premier et le second fluides caloporteurs respectivement dans le premier circuit 20 et le second circuit 32. Le dispositif de l'invention fonctionne de la manière suivante. Dans la position dite "été", la vanne 30 fait circuler le premier fluide dans le radiateur de refroidissement 24, sans traverser la première nappe 14. Ainsi, l'énergie thermique dissipée par le circuit de puissance CP du moteur M est évacuée par le radiateur de refroidissement 24. En même temps, l'interrupteur 40 est ouvert, si bien que la résis- tance électrique 36 n'est pas actionnée et que le second fluide n'est pas échauffé. Par conséquent, les deux nappes du radiateur de chauffage 12 sont traversées chacune par un fluide froid, et le flux d'air F n'est pas réchauffé. Dans la position dite "hiver", la vanne 30 fait circuler le premier fluide dans la première nappe 14 du radiateur de chauffage 12. Si la puissance thermique générée par la première nappe 14 est suffisante, l'interrupteur 40 est placé en position ouverte, si bien que le deuxième fluide contenu dans la capacité 34 n'est pas échauffé. Par contre, si cette puissance thermique est insuffisante, l'interrupteur 40 est placé en position fermée, ce qui provoque un échauffement du deuxième fluide dans la capacité 34 et un apport d'énergie thermique dans la deuxième nappe 16 du radiateur de chauffage 12. Ainsi, le flux d'air F se trouve échauffé successivement par la première nappe 14 et la deuxième nappe 16. Comme on peut le voir sur la figure 1, en dehors du radiateur de chauffage 12 qui est situé du côté de l'habitacle H, tout le reste du dispositif 10, notamment les circuits 20 et 32, 0 est placé A l'intérieur du compartiment moteur. Il en résulte qu'une seule nature de fluide (liquide addi- tionné d'antigel) se trouve dans l'habitacle, c'est-à-dire circule dans les nappes 14 et 16 du radiateur de chauffa- ge 12. On ne trouve donc aucun circuit de haute tension dans l'habitacle, ce aui contribue à la sécurité en cas d'acci- dent. Par ailleurs, un seul moteur électrique est suffisant pour entraîner les deux étages de la pompe de circulation, ce qui minimise la consommation électrique. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait aue le radiateur de chauffage est réalisé selon la technique bien connue des radiateurs à tubes traversant des ailettes. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes. Revendications 1. Dispositif de chauffage de l'habitacle d'un véhicule à moteur électrique, comprenant un radiateur de chauffage propre à être traversé par un flux d'air, caractérisé en ce que le radiateur de chauffage (12) comprend une première nappe (14) reliée à un premier circuit (20) parcouru par un premier fluide caloporteur et servant au refroidissement du circuit électronique de puissance (CP) du moteur électrique (M) du véhicule, et une deuxième nappe (16) reliée à un deuxième circuit (32) parcouru par un deuxième fluide caloporteur et comportant une capacité (34) parcourue par le deuxième fluide caloporteur, et dans laquelle est immergée au moins une résistance électrique (36). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier circuit (20) intègre un radiateur (24) de refroidissement du moteur électrique (M) du véhicule. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier circuit (20) comporte une vanne (30) propre à prendre deux positions: une position dite "été" dans laquelle le premier fluide circule dans le radiateur de refroidissement (24), et une position dite "hiver" dans laquelle le premier fluide circule dans la première nappe (14) du radiateur de chauffage (12). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de circulation (42) pour faire circuler le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur respectivement dans le premier circuit (20) et dans le deuxième circuit (32). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de circulation comprennent une pompe à deux étages (42) comportant une première turbine (44) et une deuxième turbine (46) couplées respectivement au premier circuit (20) et au deuxième circuit (32), ainsi qu'un moteur électrique commun (48) entraînant la première turbine (44) et la deuxième turbine (46) en synchronisme. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le premier fluide caloporteur et le deuxième fluide caloporteur sont formés par de l'eau addi- tionnée d'un antigel. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première nappe (14) et la deuxième nappe (16) du radiateur de chauffage (12) sont séparées par une fente (18). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le radiateur de chauffage (12) est situé du côté de l'habitacle (H) du véhicule. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le premier circuit (20) et le deuxième circuit (32) sont situés du côté du compartiment moteur (CM) du véhicule.