Brevet FR2905309A1 — publié le 20080307

I SYSTEME DE CLIMATISATION POUR VEHICULE AUTOMOBILE AVEC CIRCUIT SECONDAIRE POUR ALIMENTER LA BATTERIE La présente invention concerne un système de climatisation pour véhicule automobile présentant des conditions de vie où le moteur thermique est arrêté en phase de roulage. De manière générale, un système de climatisation destiné à refroidir l'habitacle d'un véhicule automobile, comprend un système échangeur comportant un évaporateur, un compresseur, un condenseur, un détendeur et un fluide susceptible de changer d'états : liquide / gaz, comme illustré sur le schéma de la figure 1. Le compresseur : Directement entraîné par le moteur du véhicule à l'aide d'une courroie et d'une poulie, celui-ci comprime du fluide frigorigène, le refoulant sous haute pression et à haute température vers le condenseur. Le condenseur : Grâce à une ventilation forcée, cet échangeur thermique provoque la condensation du gaz qui arrive à l'état gazeux en haute pression et haute température. II le liquéfie grâce à l'abaissement de température de l'air qui le traverse. L'évaporateur : C'est le dernier composant de l'installation de climatisation. C'est un échangeur thermique, comme le condenseur qui prélève des calories à l'air qui sera soufflé dans l'habitacle (il refroidit l'air et l'assèche). L'humidité prélevée dans l'air ruisselle sur les ailettes de l'évaporateur et est progressivement évacuée sous le véhicule. Le détendeur : Le détendeur est un composant qui permet de réguler le débit d'entrée du gaz dans la boucle via une modification de section de passage dépendant de la température et de la pression au niveau de l'évaporateur. Ainsi, l'air chaud venant de l'extérieur se refroidit en traversant l'évaporateur tout en s'asséchant également car l'humidité présente dans l'air extérieur se colle sur la surface froide de l'évaporateur. Lorsque le moteur thermique est arrêté, le système de climatisation traditionnel n'est plus opérationnel. C'est notamment le cas pour des véhicules automobiles hybrides, qui sont conçus pour fonctionner en 2905309 2 alternance sur moteur thermique et moteur électrique. Dans le cas d'un fonctionnement dit Full hybride , le moteur électrique peut se substituer au moteur thermique pour la traction du véhicule et ce, pendant des intervalles de temps relativement longs. Le problème de climatisation non alimentée par 5 les moyens présents et actifs couplés au moteur thermique sont encore plus aigus que ceux qui peuvent être rencontrés dans des applications de moteur hybride de type SU dans lesquelles le moteur thermique n'est arrêté que pendant de courts instants. Pour résoudre la problématique d'apport de froid à l'habitacle sur 10 les applications hybrides, différentes solutions sont actuellement envisagées : - maintien du circuit réfrigérant en fonctionnement durant la phase d'arrêt du moteur thermique (en ayant recours à un compresseur électrique et non plus à un compresseur alimenté 15 par le moteur thermique comme exposé dans l'introduction de la présente demande) - système de stockage de froid accumulant des frigories en phase de fonctionnement du moteur thermique et les libérant en phase d'arrêt du moteur thermique. 20 En parallèle, une autre problématique liée à la gestion thermique de la batterie de traction (apport de calories et de frigories) peut apparaître : - si la batterie est trop froide (ex. : démarrage à froid en hiver) : la 25 performance de la batterie est fortement limitée si la batterie est trop chaude (ex.: roulage en été) : la durée de vie de la batterie est fortement réduite. Dans ce contexte d'application hybride et de gestion optimisée en terme de consommation, la présente invention a pour objet un système, 3o permettant de gérer au mieux les apports en frigories ou en calories selon les conditions climatiques chaudes ou froides tant pour l'habitacle que pour la batterie et notamment d'apporter du chaud et du froid à la batterie via le circuit d'eau moteur en conditions climatiques froides et chaudes . 2905309 3 Plus précisément, l'invention a pour objet un système de climatisation pour véhicule, notamment un véhicule automobile hybride, équipé d'un moteur thermique, d'un moyen d'échange thermique direct ou indirect avec une batterie, et d'un circuit hydraulique, ledit système 5 comportant un évaporateur, un aérotherme et des moyens pour alimenter en air l'aérotherme en sortie de l'évaporateur, caractérisé en ce qu'il comporte : - un circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique - un circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme et un circuit hydraulique secondaire d'alimentation de l'échangeur 10 comportant la batterie, connecté au circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme. Selon une variante de l'invention, le circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme et le circuit hydraulique secondaire sont 15 connectés via une vanne trois voies. Selon une variante de l'invention, le système de climatisation comprend en outre des moyens pour dissocier le circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique du circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme, ces moyens peuvent typiquement comprendre deux conduits 20 hydrauliques montés en parallèle. Selon une variante de l'invention, les moyens pour dissocier le circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique du circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme comprennent une vanne à trois voies, permettant d'alimenter le circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme 25 en circuit fermé. Selon une variante de l'invention, la partie du circuit hydraulique d'alimentation del' aérotherme comprend une pompe électrique. Selon une variante de l'invention, le système comprend des moyens permettant de faire varier le débit d'air d'alimentation de 30 l'aérotherme. Selon une variante de l'invention, la partie du circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique comprend des moyens de dérivation 2905309 4 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : 5 - la figure 1, déjà décrite, illustre un dispositif de climatisation selon l'art connu ; - la figure 2, déjà décrite, illustre un système de climatisation selon l'art connu ; les figures 3a et 3b schématisent les évolutions de température ~o d'air dans le groupe de climatisation en mode apport de froid possible moteur arrêté . Ces températures sont données en phase estivale, respectivement lorsque le moteur thermique fonctionne (aérotherme stockant du froid et réchauffant donc l'air) et lorsqu'il est à l'arrêt (aérotherme restituant du froid à 15 l'air et donc l'asséchant et le refroidissant) ; - les figures 4a, 4b, 4c, 4d et 4e illustrent une première variante de l'invention concernant un système équipé d'un bypass moteur et sont respectivement relatives à l'architecture et aux fonctionnements de cette architecture selon différentes 20 conditions de vie : la figure 4b étant relative à un chauffage de l'habitacle et de la batterie (besoin commun en hiver) ; la figure 4c étant relative à un refroidissement de l'habitacle et de la batterie (ex.: besoin commun en été) ; la figure 4d étant relative à un chauffage de l'habitacle mais pas de la batterie 25 (ex.: batterie déjà chaude en hiver) ; la figure 4d étant relative à un refroidissement de l'habitacle et pas de la batterie (ex. : priorité au refroidissement de l'habitacle par rapport à la batterie) et - la figure 5 illustre une seconde variante de l'invention pour 30 une application non équipée d'un bypass moteur. De manière connue, il existe des systèmes de climatisation utilisant l'aérotherme présent au niveau du moteur thermique pour générer de l'air chaud dans l'habitacle ; l'aérotherme est un échangeur thermique 2905309 5 dont la fonction est de réchauffer l'air pulsé dans l'habitacle. Ce réchauffement est obtenu par un échange calorifique entre le liquide de la boucle chaude issue du circuit de refroidissement du moteur thermique et l'air pulsé dans l'habitacle. Au-dessus d'une certaine température extérieure, 5 l'aérotherme n'est plus supposé apporter de calories à l'habitacle. La figure 2 illustre cette configuration : D'une part le circuit hydraulique de refroidissement du moteur thermique comprend de manière classique un radiateur 1, associé au moteur thermique 2 couplé à un circuit hydraulique de refroidissement comportant 10 une première partie 21 comportant une pompe à eau 22, un boîtier d'eau 23 et un thermostat 24 permettant de contrôler et de commander la circulation du liquide de refroidissement en sortie du moteur. Le circuit hydraulique comprend également une seconde partie 31 comportant une pompe électrique 32 pour alimenter un aérotherme 3. 15 D'autre part, le groupe de climatisation 4 comportant notamment un évaporateur 41, envoie de l'air refroidi dans l'aérotherme qui le réchauffe. Typiquement de l'air à 5 C en sortie d'évaporateur peut ressortir de l'aérotherme à une température de 7 C et ainsi procurer de l'air frais dans l'habitacle par des moyens classiques de distribution des moyens de l'air 20 traité comprenant des conduites, des volets de répartition et des buses d'aération. L'aérotherme stocke alors du froid lorsque le moteur tourne en été. Moteur arrêté, l'air se réchauffe et s'évapore au niveau de l'évaporateur, mais sera condensé au niveau de l'aérotherme. Le fonctionnement de ce 25 type de système est décrit ci-après plus en détails et grâce aux figures 3a et 3b . Comme illustré en figure 3a, sous l'action du moteur thermique, l'évaporateur peut typiquement refroidir un air chaud à environ 30 C prélevé depuis l'extérieur à une température d'environ 5 C. Cet air refroidi est alors 30 envoyé dans l'aérotherme qui par échange thermique avec une circulation d'eau provenant du circuit hydraulique indépendant du circuit de refroidissement du moteur thermique génère un refroidissement de l'eau (l'air est alors un peu plus chaude en sortie de l'aérotherme comparé à son entrée (7 C comparativement à 5 C). 2905309 6 Lorsque le moteur est coupé, comme illustré en figure 3b, l'évaporateur n'est plus opérationnel, l'air rentrant à 30 C, ressort à 30 C, pour rentrer dans l'aérotherme et bénéficier de l'inertie de ce dernier pour être un peu refroidi, passant dans l'exemple illustré à une température de 5 12 C. Selon l'invention, et avantageusement, le système de climatisation de l'art connu peut-être adapté, optimisé et couplé à un circuit hydraulique d'alimentation de la batterie ou d'un échangeur comportant la batterie dont est équipé le véhicule afin de mettre à profit le stockage de calories ou de 10 frigories présent dans ledit système lorsque le moteur thermique est en marche ou arrêté et que la batterie a besoin également d'être chauffée ou refroidie. Dans la suite de la description, l'échangeur comportant la batterie 15 sera dénommé batterie mais il pourrait tout à fait également s'agir d'un échangeur situé en amont d'une batterie et qui refroidit le fluide mis en écoulement traversant cette dernière. Pour cela une première variante de l'invention et illustrée en figure 4a, propose un système de climatisation comprenant un tuyau bypass connecté avec le circuit hydraulique 20 d'alimentation 31 de l'aérotherme 3 et un circuit hydraulique 51 d'alimentation de la batterie 5. II est à noter que ce dernier, représenté en aval du circuit d'alimentation de l'aérotherme, pourrait tout aussi bien être en amont dans une autre variante de l'invention. Le système de climatisation de l'invention est illustré 25 schématiquement en figure 4a dans le cadre d'une application bypass moteur. Plus précisément dans cette configuration, le moteur équipé d'un bypass sur le circuit d'eau moteur présente la spécificité suivante : lorsque le thermostat moteur est fermé (c'est-à-dire lorsqu'il n'y a pas de débit dans le radiateur en face avant du véhicule), un gros débit d'eau est maintenu dans 30 le moteur du fait du passage d'eau à la fois dans la branche aérotherme mais également par un tube à faible perte de charge. Les deux circuits hydrauliques 31 et 51 peuvent avantageusement être connectés via une vanne trois voies 61. Le circuit hydraulique 21 d'alimentation du moteur thermique et le circuit hydraulique 31 d'alimentation peuvent par ailleurs être 2905309 7 dissociés par la présence des deux conduits 33 et 34 et d'une vanne trois voies 60 ; le conduit 33 étant le conduit faisant partie du moteur thermique. La figure 4b schématise le fonctionnement de cette variante lors d'une demande de chauffage de l'habitacle et de la batterie (besoin commun 5 en hiver). Le conduit 34 est représenté dans ce cas par une ligne discontinue car n'étant pas opérationnel, le circuit hydraulique d'alimentation du moteur n'étant pas dissocié du circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme. La figure 4c schématise le fonctionnement de cette variante lors d'une demande de refroidissement de l'habitacle et de la batterie (ex. 10 besoin commun en été). Dans ce cas, les circuits hydrauliques d'alimentation du moteur thermique et d'alimentation de l'aérotherme sont dissociés. La figure 4d schématise le fonctionnement de cette variante lors d'une demande de chauffage de l'habitacle mais pas de la batterie (ex. batterie déjà chaude en hiver) . Les circuits hydrauliques d'alimentation du 15 moteur et celui d'alimentation de l'aérotherme ne sont pas dissociés, alors que celui d'alimentation de la batterie et celui d'alimentation de l'aérotherme le sont. La figure 4e schématise le fonctionnement de cette variante lors d'une demande de refroidissement de l'habitacle et pas de la batterie (ex. 20 priorité au refroidissement de l'habitacle par rapport à la batterie). Les circuits d'alimentation du moteur et de l'aérotherme sont dissociés, le circuit d'alimentation de la batterie étant également dissocié de celui de l'aérotherme. 25 De manière générale, lors d'une demande de refroidissement de l'habitacle cumulée à une demande de refroidissement de la batterie, le fonctionnement du système de climatisation selon l'invention peut typiquement être le suivant : En été, lorsque le moteur thermique fonctionne, il est possible de 30 produire de l'eau froide via l'aérotherme (sous réserve que l'air sortant de l'évaporateur soit dirigé dans l'aérotherme). En parallèle, l'eau froide peut être redirigée vers la batterie afin de la refroidir. Lorsque le moteur est arrêté, la puissance froide stockée peut apporter du froid à l'habitacle, voire à la batterie (selon la gestion des priorités). 2905309 8 Une telle configuration est également particulièrement bien adaptée pour répondre à une demande de désembuage (nécessitant un apport de chaud et de froid au niveau du groupe de climatisation). En effet, dans cette condition de vie, il est nécessaire que l'aérotherme apporte du 5 chaud et que l'évaporateur apporte du froid. Le système de climatisation selon l'invention est aussi bien adapté à une configuration dans laquelle le moteur thermique est équipé d'un bypass moteur , pour lequel un thermostat en position fermée (c'est-à-dire 10 lorsqu'il n'y a pas de débit dans le radiateur en face avant du véhicule) permet d'assurer un gros débit d'eau dans le moteur du fait du passage d'eau sur la branche aérotherme et du fait de l'utilisation d'un tube à faible perte de charge, que pour des configurations dans lesquelles le circuit hydraulique comprend par exemple un circuit d'eau supplémentaire pour 15 pallier au bypass moteur . La figure 5 illustre une seconde variante de l'invention dans le cadre d'un moteur non équipé d'un bypass moteur. Plus précisément dans cette configuration, le moteur non équipé d'un bypass sur le circuit d'eau 20 moteur présente la spécificité suivante : lorsque le thermostat moteur est fermé (c'est-à-dire lorsqu'il n'y a pas de débit dans le radiateur en face avant du véhicule), l'intégralité du débit d'eau traversant le moteur circule dans la branche aérotherme. La présence d'un débit d'eau minimum dans le moteur est nécessaire afin d'assurer son bon fonctionnement. 25 Des moyens tels qu'un second tuyau de circulation d'eau 34 en parallèle d'un tuyau 35 et des moyens de réglage de débit d'eau 62 dans le circuit hydraulique de l'aérotherme, permettent de recycler l'eau dans le circuit hydraulique de l'aérotherme à une température différente de celle circulant dans le moteur. 30 Les échanges thermiques peuvent avoir lieu pendant toute la durée d'arrêt du moteur thermique. Un flux d'air à une température donnée, traverse l'aérotherme pour ressortir sous forme de flux d'air à une température correspondant progressivement à une température stabilisée, définie pour être la température choisie d'air à diffuser dans l'habitacle. 35 Typiquement à chaque passage de l'eau à une température donnée en 2905309 9 amont de l'aérotherme, cette dernière ressort à une température moins élevée jusqu'à converger vers une température déterminée, permettant de réguler la température du flux d'air. Pour converger vers ce flux d'air à la température souhaitée, il est possible de piloter le pourcentage de débit 5 d'eau traversant l'aérotherme selon le mode couplé ou non au circuit hydraulique du moteur, en réglant le débit d'eau par l'intermédiaire de la pompe électrique et de la vanne à trois voies plus un clapet anti-retour, 61. REVENDICATIONS 1. Système de climatisation pour véhicule, notamment un véhicule automobile hybride, équipé d'un moteur thermique, d'un moyen d'échange thermique direct ou indirect avec une batterie (5) et d'un circuit hydraulique, ledit système comportant un évaporateur (41), un aérotherme (3) et des moyens pour alimenter en air l'aérotherme en sortie de l'évaporateur, caractérisé en ce qu'il comporte : un circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique (21) - un circuit hydraulique de l'aérotherme (31) et - un circuit hydraulique secondaire (51) d'alimentation de l'échangeur ~o comportant la batterie, connecté au circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme. 2. Système de climatisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme et le circuit 15 hydraulique secondaire sont connectés via une vanne à trois voies (61) 3. Système de climatisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme et le circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique sont séparés par une vanne 20 trois voies (60) 4. Système de climatisation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour dissocier le circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique du circuit hydraulique 25 d'alimentation de l'aérotherme. 5. Système de climatisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens pour dissocier le circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique du circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme 30 comprennent deux conduits hydrauliques montés en parallèle (33,34,35) 2905309 11 6. Système de climatisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens pour dissocier le circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique du circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme comprennent une vanne à trois voies, permettant d'alimenter le circuit 5 hydraulique d'alimentation de l'aérotherme en circuit fermé. 7. Système de climatisation selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens pour dissocier le circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique du circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme comprennent au moins un clapet anti-retour. 8. Système de climatisation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le circuit hydraulique d'alimentation de l'aérotherme comprend une pompe électrique. 9. Système de climatisation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant de faire varier le débit d'air d'alimentation de l'aérotherme. 20 10. Système de climatisation selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la partie du circuit hydraulique d'alimentation du moteur thermique comprend des moyens de dérivation.15