Brevet FR2780490A1 — publié le 19991231

L'invention concerne un système de réglage de la température dans l'habitacle d'un véhicule automobile à moteur électrique ou hybride fonctionnant avec des batteries dites à haute température. Elle concerne plus particulièrement un système du type comprenant un circuit de circulation d'un fluide frigorigène comportant une boucle principale contenant un échangeur de chaleur intérieur, propre à échanger de la chaleur avec un premier flux d'air envoyé dans l'habitacle, un échangeur de la chaleur extérieur, propre à échanger de la chaleur avec un deuxième flux d'air et un détendeur interposé entre l'échangeur de chaleur intérieur et l'échangeur de chaleur extérieur, une boucle secondaire contenant un compresseur, et des moyens de commutation entre la boucle principale et la boucle secondaire pour faire circuler le fluide frigorigène dans la boucle principale dans un sens de circulation choisi, en sorte que l'échangeur de chaleur intérieur et l'échangeur de chaleur extérieur fonctionnent respectivement comme évaporateur et comme condenseur dans un mode refroidissement et respectivement comme condenseur et comme évaporateur dans un mode chauffage, le véhicule comportant en outre un circuit de refroidissement à liquide pour refroidir les batteries et le système d'entraînement électrique du véhicule. Le circuit de circulation du fluide frigorigène fonctionne selon le principe d'une pompe à chaleur réversible qui permet, à partir des mêmes composants de base, d'assurer soit le chauffage, soit la climatisation de l'habitacle du véhicule automobile. FR 2 740 397 a déjà proposé d'inclure un évaporateur relié au circuit de refroidissement du circuit de puissance associé au moteur électrique du véhicule dans la boucle secondaire du circuit de circulation du fluide frigorigène, en amont du compresseur. Dans ce système, la chaleur cédée par le circuit de puissance, et notamment les batteries, est typiquement à un niveau de température inférieure à celui de l'air envoyé dans l'habitacle en mode chauffage. La chaleur récupérée par le fluide frigorigène permet de rehausser la température du fluide en amont du compresseur. Cette chaleur est complémentaire à la chaleur prélevée sur l'air extérieur en mode chauffage. FR 2 721 863 prévoit, par contre, dans la boucle principale du circuit de circulation du fluide frigorigène, en parallèle avec l'échangeur de chaleur extérieur, un échangeur du type liquide fluide qui permet au fluide frigorigène de récupérer de la chaleur du circuit de refroidissement en mode chauffage. Dans ces deux documents, en mode chauffage, l'échangeur de chaleur intérieur doit être de dimension suffisante pour permettre le chauffage de l'habitacle, car il participe seul à cette fonction. La présente invention s'est donné pour but de décharger au moins partiellement l'échangeur de chaleur intérieur dans le mode chauffage du véhicule, afin de réduire la consommation électrique nécessaire au fonctionnement du système, tout en tirant profit de la chaleur générée par les batteries et le système d'entraînement du véhicule. L'invention atteint son but par le fait que le circuit de refroidissement comporte un circuit de dérivation comprenant un échangeur de chaleur du type liquide/air disposé dans le trajet du premier flux d'air envoyé dans l'habitacle et une vanne propre à faire circuler le liquide de refroidissement dans le circuit de dérivation en mode chauffage. Avantageusement, la vanne est une vanne à trois voies. Selon une première variante de réalisation de l'invention l'échangeur de chaleur du type liquide/air est disposé en aval de l'échangeur de chaleur intérieur dans le trajet du premier flux d'air. Selon une deuxième variante de réalisation, l'échangeur de chaleur du type liquide/air est disposé en amont de l'échangeur de chaleur intérieur. Avantageusement, le circuit de dérivation comporte en outre un échangeur de chaleur du type liquide/fluide, propre à fournir de l'énergie au fluide frigorigène de la boucle secondaire en amont du compresseur. Cet échangeur de chaleur est disposé en aval de l'échangeur de chaleur de type liquide/air dans le circuit de dérivation. Il est également prévu dans le circuit de refroidissement un radiateur dans le trajet du deuxième flux d'air. Grâce aux dispositions selon l'invention, le liquide de refroidissement des batteries, en mode chauffage, participe directement au réchauffage partiel de l'air envoyé dans l'habitacle, le complément de chauffage nécessaire étant fourni par la pompe à chaleur réversible. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un système de réglage de la température d'un habitacle de véhicule électrique selon une première forme de réalisation de l'invention, utilisé en mode chauffage; la figure 2 est une représentation analogue à celle de la figure 1 dans le mode refroidissement; la figure 3 est un schéma d'un système selon une seconde forme de réalisation de l'invention, représenté en mode chauffage; la figure 4 est un schéma du système de la figure 3 en mode refroidissement; et la figure 5 est un schéma d'un système selon un troisième mode de réalisation de l'invention, représenté en mode chauffage. Sur les dessins on a représenté en traits interrompus un habitacle H d'un véhicule à moteur électrique ou hybride dont la température est réglée par un système de réglage 1. Ce système comporte un circuit de circulation d'un fluide frigorigène ayant une boucle principale 2, une boucle secondaire 3 et une vanne de commutation 4 du type à quatre voies, reliant les deux boucles 2 et 3 entre elles, ainsi qu'un circuit de refroidissement 5 du circuit de puissance du moteur électrique équipant le véhicule. Ce circuit de puissance comporte notamment des batteries dites à haute température et le circuit de refroidissement comporte un mélange d'eau et de glycol, par exemple. La boucle principale 2 comprend un conduit 6 reliant la vanne 4 à un échangeur de chaleur intérieur 7 et un conduit 8 reliant l'échangeur de chaleur intérieur 7 à la vanne 4 en passant par un échangeur de chaleur extérieur 9. Sur le conduit 8, entre l'échangeur de chaleur intérieur 7 et l'échangeur de chaleur extérieur 9 sont placés, successivement, un réservoir 10 et un détendeur 11. La boucle secondaire 3 comprend un conduit 12 reliant la vanne 4 à un compresseur 13 et un conduit 14 qui relie le compresseur 13 à la vanne 4. La vanne 4 peut prendre deux positions: une position chauffage, montrée sur les figures 1, 3 et 5 dans laquelle le fluide frigorigène, comprimé par le compresseur 13, circule par le conduit 6 de la vanne 4 vers l'échangeur de chaleur intérieur 7, puis revient vers la vanne 4 en passant par l'échangeur de chaleur extérieur 9; et une position refroidissement, montrée sur les figures 2 et 4, dans laquelle le fluide frigorigène dans la boucle principale 2 circule dans le sens inverse. En revanche, le fluide frigorigène circule toujours dans le même sens dans la boucle secondaire 3, quel que soit le mode de fonctionnement du système 1. L'échangeur de chaleur intérieur 7 est placé dans une conduite d'air 20 qui présente une entrée d'air 21 à l'extérieur de l'habitacle 4 et une sortie d'air 22 à l'intérieur de l'habitacle H, ainsi qu'une entrée d'air de recirculation 23 débouchant directement dans l'habitacle H. Un ventilateur 24 loge en outre dans la conduite d'air 20 afin d'envoyer de l'air extérieur ou recirculé vers l'habitacle H à travers l'échangeur de chaleur intérieur 7. L'échangeur de chaleur extérieur 9 est placé dans une conduite d'air 30 qui présente une première entrée d'air 31 provenant de l'extérieur de l'habitacle H et une sortie d'air 32 débouchant à l'extérieur, et une deuxième entrée d'air 33 débouchant dans l'habitacle. L'entrée d'air 31 est contrôlée par un volet 34. Un ventilateur 35, disposé près de la sortie d'air 32 permet d'aspirer un flux d'air provenant de l'intérieur de l'habitacle, ainsi que, le cas échéant, un flux d'air provenant de l'extérieur de l'habitacle H, selon la position du volet 34. Ce flux d'air passe à travers l'échangeur de chaleur extérieur 9. Dans la position chauffage de la vanne 4, l'échangeur de chaleur intérieur 7 joue le rôle d'un condenseur et réchauffe le flux d'air le traversant, tandis que l'échangeur de chaleur extérieur 9 joue le rôle d'un évaporateur et refroidit le flux d'air le traversant. Dans la position refroidissement de la vanne 4, l'échangeur de chaleur intérieur 7 joue le rôle d'un évaporateur et refroidit le flux d'air le traversant, tandis que l'échangeur de chaleur extérieur 9 joue le rôle d'un condenseur et réchauffe le flux d'air le traversant. La référence 40 représente le circuit de puissance et le système d'entraînement électrique du véhicule dont les éléments sont refroidis par le liquide circulant dans le circuit de refroidissement 5 et entraîné par la pompe 41. Ce liquide est typiquement un mélange d'eau et de glycol. Ce circuit comporte un conduit d'eau chaude 42 entre la pompe 41 et un radiateur extérieur 43 disposé dans la conduite d'air 30 et un conduit de retour 44 reliant le radiateur 43 et la pompe 41. Un circuit de dérivation 50 est prévu entre une vanne à trois voies 51 montée sur le conduit d'eau chaude 42 et un point 52 de ce conduit situé en aval de la vanne 51. Ce circuit de dérivation comporte un conduit 53 reliant la vanne 51 à un échangeur de chaleur 54 du type liquide/air placé dans la conduite d'air 20 et un conduit de retour 55 reliant l'échangeur de chaleur 54 au point 52. Dans le mode chauffage, ainsi que cela est montré sur la figure 1, la vanne 51 dirige l'eau chaude du circuit de refroidissement vers l'échangeur de chaleur 54. L'échangeur de chaleur intérieur 7, jouant le rôle de condenseur, relève la température de l'air soufflé par le ventilateur 24 à une température intermédiaire. Ensuite, l'air sortant de l'échangeur de chaleur intérieur 7 est réchauffé depuis cette température intermédiaire à la température de consigne dans l'échangeur de chaleur 54 qui est parcouru par l'eau de refroidissement des batteries entrant à une température d'environ 80 C. La vanne à trois voies 51 permet de réguler le débit d'eau en fonction du besoin de chauffage et en fonction de la disponibilité de la chaleur de refroidissement. La chaleur ainsi prélevée au circuit de refroidissement 5 assure le rôle d'un chauffage additionnel. Il est actionné, quand la pompe à chaleur n'arrive pas à satisfaire seule le besoin en chauffage, notamment lors des phases de chauffage initial ou quand les températures extérieures sont très basses. Dans le mode refroidissement, la vanne à trois voies 51 ne délivre pas de liquide au circuit de dérivation 50. L'éUchangeur de chaleur de type liquide/air 54 peut être disposé dans le trajet du flux d'air délivré dans l'habitacle H en aval de l'échangeur de chaleur intérieur 7, ainsi que cela est montré sur les figures 1 à 4, mais il peut également être placé en amont de l'échangeur de chaleur intérieur 7, ainsi que cela est montré sur la figure 5. Avantageusement, le conduit de retour 55 du circuit de dérivation comporte un deuxième échangeur de chaleur 56 interposé entre l'échangeur de chaleur 54 du type liquide/air et le point 52. Ce deuxième échangeur 56 du type liquide/fluide frigorigène est connecté au conduit 12 de la boucle secondaire 3 en amont du compresseur 13. Ce mode de réalisation est montré sur les figures 3 à 5. Selon une variante non montrée sur les dessins, le conduit de retour 55 peut être relié au conduit 42 en amont du point 52, et ce conduit 42 est relié à l'entrée du deuxième échangeur 56 par une deuxième vanne à trois voies. Ce mode de réalisation permet de prélever de la chaleur dans le circuit de dérivation 50, en mode chauffage, à deux niveaux de température. Un premier prélèvement a lieu dans l'échangeur de chaleur 54 du type liquide/air, situé soit en aval (figure 3), soit en amont (figure 3) de l'échangeur de chaleur intérieur 7, de la même manière que dans le mode de réalisation des figures 1 et 2. Le liquide de refroidissement à une température de 80 C environ se refroidit dans l'échangeur 54 jusqu'à une température intermédiaire et réchauffe le flux d'air circulant dans la conduite d'air 20. Ensuite, le liquide de refroidissement traverse l'échangeur 56 du type liquide/fluide frigorigène o il contribue à l'évaporation du fluide frigorigène. La vanne à trois voies 51 assure la régulation du débit de liquide circulant dans l'échangeur de chaleur 54 du type liquide/air et l'échangeur de chaleur 56 du type liquide/fluide frigorigène. Des résistances chauffantes 60 de type CTP (coefficient de température positif), jouant le rôle d'un chauffage additionnel supplémentaire, peuvent être installées dans le trajet du flux d'air envoyé dans l'habitacle en aval de l'échangeur de chaleur intérieur 7 et de l'échangeur de chaleur 54 du type liquide/air. REVENDICATIONS 1. Système de réglage de la température dans l'habitacle (H) d'un véhicule automobile à moteur électrique ou hybride, du type comprenant un circuit de circulation d'un fluide frigorigène comportant une boucle principale (2) contenant un échangeur de chaleur intérieur (7), propre à échanger de la chaleur avec un premier flux d'air envoyé dans l'habitacle (H), un échangeur de la chaleur extérieur (9), propre à échanger de la chaleur avec un deuxième flux d'air et un détendeur (11) interposé entre l'échangeur de chaleur intérieur (7) et l'échangeur de chaleur extérieur (9), une boucle secondaire (3) contenant un compresseur (13), et des moyens de commutation (4) entre la boucle principale (2) et la boucle secondaire (3) pour faire circuler le fluide frigorigène dans la boucle principale (2) dans un sens de circulation choisi, en sorte que l'échangeur de chaleur intérieur (7) et l'échangeur de chaleur extérieur (9) fonctionnent respectivement comme évaporateur et comme condenseur dans un mode refroidissement et respectivement comme condenseur et comme évaporateur dans un mode chauffage, ledit véhicule fonctionnant avec des batteries dites à haute température refroidies par un liquide circulant dans un circuit de refroidissement (5), caractérisé par le fait que le circuit de refroidissement (5) comporte un circuit de dérivation (50) comprenant un échangeur de chaleur (54) du type liquide/air disposé dans le trajet du premier flux d'air et une vanne (51) propre à faire circuler le liquide de refroidissement dans le circuit de dérivation (50) en mode chauffage. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'échangeur de chaleur (54) du type liquide/air est disposé en aval de l'échangeur de chaleur intérieur (7), dans le trajet du premier flux d'air. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'échangeur de chaleur (54) du type liquide/air est disposé en amont de l'échangeur de chaleur intérieur (7), dans le trajet du premier flux d'air. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le circuit de dérivation (50) comporte, en outre, un échangeur de chaleur (56) du type liquide/fluide, propre à fournir de l'énergie au fluide frigorigène de la boucle secondaire (3) en amont du compresseur (13). 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le circuit de refroidissement (5) comporte un radiateur (43) dans le trajet du deuxième flux d'air. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que des résistances chauffantes (60) sont installées dans le trajet du premier flux d'air. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les résistances (60) sont de type à coefficient de température positif. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la vanne (51) est une vanne à trois voies.