Brevet FR2911092A1 — publié le 20080711

Système et procédé de gestion thermique multifonction pour véhicule hybride [cool] La présente invention concerne un dispositif et un procédé de gestion thermique multifonction de voiture hybride, c'est-à-dire d'un véhicule mû par un moteur thermique à combustion interne et par un moteur électrique. 2] Les composants électriques assurant la traction électrique d'un véhicule hybride sont constitués principalement d'un moteur électrique, d'une batterie, appelée généralement batterie haute tension et délivrant une tension de l'ordre de plusieurs centaines de Volts, et d'un onduleur transformant le courant électrique continu de la batterie en un courant alternatif. Le rendement de ces composants électrique est optimum à une température déterminée qui peut se situer entre 40 et 60 C. Ces composants doivent donc être refroidis, généralement à l'aide d'un radiateur dans lequel s'écoule un liquide caloporteur. [coca] Le moteur thermique a lui aussi besoin d'être refroidi et à cette fin on utilise souvent un radiateur dans lequel circule un liquide caloporteur. De plus, lorsqu'un turbocompresseur est associé au moteur thermique, il est intéressant de refroidir l'air comprimé par le turbocompresseur avant son injection dans les cylindres. II est alors aussi nécessaire d'utiliser un radiateur. 4] L'utilisation de tous ces radiateurs soulève certains problèmes. Tout d'abord, il est difficile de tous les disposer dans la façade aérothermique de sorte qu'ils soient bien exposés à l'air extérieur. De plus, un liquide caloporteur (de l'eau ou un liquide à base de glycol) circule dans les radiateurs grâce à une pompe électrique, ce qui consomme de l'énergie. 5] La présente invention résout tout ou partie de ces problèmes en proposant un système amélioré de gestion thermique multifonction d'un véhicule hybride muni d'un moteur thermique comprenant un turbocompresseur. Ainsi, un seul radiateur peut être utilisé pour, à la fois, refroidir l'air de suralimentation et les composants électriques ce qui permet de libérer de l'espace dans la façade aérothermique. Egalement, un circuit de récupération thermique sur la ligne des gaz d'échappement peut être couplé au système de refroidissement de l'air de suralimentation, ce qui permet d'obtenir une montée en température plus rapide du moteur thermique et donc de réduire la consommation du véhicule et la pollution. 6] De façon plus précise, l'invention concerne un système de gestion thermique multifonction pour véhicule hybride comprenant un moteur thermique, une ligne d'échappement des gaz de combustion du moteur thermique, une ligne d'admission d'air de suralimentation du moteur thermique, des composants électriques dédiés à la traction électrique du véhicule et un circuit de refroidissement desdits composants électriques comportant un radiateur basse température. Selon l'invention, le système comporte un échangeur de chaleur air/liquide branché sur ladite ligne d'admission d'air pour refroidir ledit air de suralimentation et connecté audit circuit de refroidissement pour refroidir lesdits composants électriques. 7] Ledit circuit de refroidissement des composants électriques est avantageusement connecté audit échangeur air/liquide de façon à former une boucle de refroidissement constituée par ledit échangeur et ledit circuit de refroidissement des composants. [000s] De préférence, le circuit de refroidissement comprend des moyens en liaison thermique avec lesdits composants électriques, un liquide caloporteur circulant dans ledit échangeur air/liquide, dans lesdits moyens et dans ledit radiateur basse température. [coca] Une pompe à liquide peut mettre en circulation ledit liquide caloporteur, la pompe étant située entre ledit radiateur basse température et lesdits moyens de refroidissement. [0o10] Selon un autre mode de réalisation, un récupérateur de chaleur des gaz d'échappement est branché sur ladite ligne d'échappement et ledit récupérateur est couplé audit échangeur air/eau afin de chauffer ledit air de suralimentation. 1] Selon un autre mode de réalisation, le système comporte un groupe aérotherme dans lequel peut circuler ledit liquide caloporteur pour le chauffage de l'habitacle du véhicule, ledit groupe pouvant être connecté audit récupérateur thermique et audit échangeur air/liquide. 2] Le système de gestion comporte avantageusement une première vanne trois voies pouvant être placée entre deux positions, une première position pour laquelle ledit échangeur air/liquide est connecté audit récupérateur et déconnecté dudit radiateur basse température et desdits moyens en liaison thermique avec lesdits composants électriques, et une deuxième position pour laquelle ledit récupérateur (48) est connecté audit groupe aérotherme (56) et déconnecté dudit échangeur (22). 3] Le système comporte avantageusement une deuxième vanne trois voies permettant la connexion dudit groupe aérotherme audit récupérateur thermique et audit échangeur air/liquide, ladite deuxième vanne pouvant être positionnée entre deux positions, une première position pour laquelle ledit récupérateur thermique est déconnecté dudit groupe aérotherme et connecté audit échangeur air/liquide, et une deuxième position pour laquelle ledit récupérateur thermique est connecté audit groupe aérotherme et déconnecté dudit échangeur air/liquide. ] L'invention concerne aussi un procédé de gestion thermique d'un véhicule hybride comportant un moteur thermique, une ligne d'échappement des gaz de combustion du moteur thermique, une ligne d'admission d'air de suralimentation du moteur thermique, des composants électriques pour la traction électrique du véhicule et des moyens de refroidissement desdits composants. Selon le procédé, l'air de suralimentation est refroidi à l'aide desdits moyens de refroidissement des composants électriques. 5] Lorsque le véhicule comporte un récupérateur thermique branché sur ladite ligne d'échappement, ledit récupérateur est avantageusement 10 couplé auxdits moyens de refroidissement desdits composants électriques. 6] De préférence, l'habitacle du véhicule est chauffé à l'aide dudit récupérateur. 7] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de 15 l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : [cols] la figure est un schéma illustrant le système de gestion thermique selon l'invention ; 9] la figure 2 illustre un premier mode de fonctionnement dudit 20 système ; 0] la figure 3 illustre un deuxième mode de fonctionnement. 1] Le schéma fonctionnel illustré sur la figure 1 concerne la gestion thermique multifonction d'un véhicule hybride qui comporte un moteur thermique 10 suralimenté en air et des composants électriques 12, lesquels 25 comprennent, de façon non limitative, un moteur électrique, une batterie basse température et un onduleur. Afin de fonctionner correctement, ces composants doivent être refroidis afin d'être à une température comprise dans une plage déterminée, par exemple de 40 à 60 C. Pour ce faire, les composants sont associés à des moyens de refroidissement 13, en contact thermique avec les composants 12. Ces derniers peuvent, par exemples, être fixés sur une plaque métallique en contact avec une canalisation 14 reliée à un radiateur basse température 16, ou placés dans une enceinte refroidie par le radiateur 16. Une pompe à liquide 18 met en circulation un fluide caloporteur (le fluide caloporteur de refroidissement du moteur thermique) dans la canalisation 14 et le radiateur 16. [0022] Le moteur thermique 10 est alimenté en air à l'aide d'une ligne d'admission 20 relié à un turbocompresseur (non représenté). L'air, comprimé par le turbocompresseur, s'échauffe. Afin de le refroidir, un échangeur air/liquide 22 est placé dans la ligne d'admission 20. L'air circule dans le sens indiqué par la flèche 24. L'échangeur 22 est connecté au radiateur 16, en parallèle avec la canalisation 14 de refroidissement des composantsl2. Ainsi, la sortie 26 de l'échangeur 22 est connectée aux entrées 28 et 30 respectivement des composants 12 et du radiateur 16, et les sorties 32 et 34 respectivement du radiateur 16 et du circuit de refroidissement 13 des composants 12 sont reliées, par une première vanne trois voies 36 à l'entrée 40 de l'échangeur air/liquide 22. Une vanne 42, placée entre la sortie 26 de l'échangeur 22 et l'entrée 28 du circuit de refroidissement 13 des composants 12, permet de déconnecter l'échangeur air/liquide 22 du circuit de refroidissement 13 et du radiateur 16. 3] Le circuit de refroidissement du moteur thermique 10 comporte une canalisation 44 qui relie la culasse du moteur thermique 10 à l'entrée 46 d'un récupérateur thermique 48 placée sur la ligne des gaz d'échappement 50. La sortie 52 du récupérateur est connectée à l'entrée 54 d'un groupe aérotherme 56 par l'intermédiaire d'une pompe à liquide 58 et d'une deuxième vanne trois voies 60, l'une des voies étant reliée à la pompe 58, une autre voie étant reliée à la première vanne 36 et une autre voie étant reliée à l'entrée 54 du groupe aérotherme 56. Le groupe aérotherme 56, composé principalement d'un échangeur liquide/air, a pour fonction de chauffer l'habitacle du véhicule. Un clapet anti-retour 62 est disposé entre les entrées 54 et 46 respectivement du groupe aérotherme 56 et du récupérateur 48 (il est anti-retour dans le sens de circulation du groupe aérotherme au récupérateur thermique). Le récupérateur 48 est composé principalement d'un échangeur air/liquide qui récupère la chaleur des gaz d'échappement pour la communiquer au groupe aérotherme 56 ou à l'échangeur air/liquide 22 pour réchauffer l'air comprimé injecté dans les cylindres du moteur thermique lorsque ce dernier est froid. Un liquide caloporteur, par exemple de l'eau ou un liquide à base de glycol, circule dans le groupe aérotherme 56, la culasse du moteur thermique 10, le récupérateur 48, l'échangeur air/liquide 22, le circuit de refroidissement 13 des composants 12 et le radiateur 16. [0024] Le mode de fonctionnement illustré sur la figure 2 est dédié au chauffage de l'air d'admission injecté dans les cylindres du moteur thermique. La température du moteur 10 s'élève ainsi plus rapidement ce qui permet de réduire la consommation et la pollution. 5] Les deux vannes trois voies 36 et 60 sont chacune positionnées dans une première position de sorte que l'échangeur air/liquide 22 soit connecté au récupérateur thermique 48 et déconnecté des moyens de refroidissement 13 des composants 12 et du radiateur 16 et que le groupe aérotherme 56 soit déconnecté du récupérateur thermique 48. On a alors trois boucles indépendantes de circulation du fluide caloporteur, la circulation se faisant dans les sens indiqués sur le schéma : une première boucle, pour le chauffage de l'habitacle,constituée par le moteur thermique 10, le clapet anti-retour 62 et le groupe aérotherme 56; une deuxième boucle, pour le chauffage de l'air d'admission en prélevant de la chaleur aux gaz d'échappement, constituée par le récupérateur thermique 48, la pompe 58, les deux vannes trois voies 60 et 36, et l'échangeur air/liquide 22; et une troisième boucle, pour le refroidissement des composants électriques 12, constituée par les moyens de refroidissement 13 des composants 12, la pompe 18 et le radiateur basse température 16. 6] Sous l'effet de la pression différentielle aux bornes du clapet anti- retour 62, ce dernier s'ouvre ce qui permet un débit de liquide caloporteur dans le groupe aérotherme 56. Pour ces premières positions des vannes trois voies, l'énergie de récupération à l'échappement profite entièrement au chauffage de l'air d'admission. 7] Dans le mode de fonctionnement illustré sur la figure 3, le récupérateur thermique 48 est dédié au chauffage de l'habitacle et l'échangeur air/liquide 22, associé au radiateur 16, est dédié au refroidissement de l'air d'admission. Les vannes trois voies sont chacune positionnées sur une deuxième position selon laquelle le récupérateur thermique 48 est connecté au groupe aérotherme 56 et déconnecté de l'échangeur air/liquide 22, lequel est relié au radiateur 16 et aux moyens de refroidissement 13 des composants électriques 12. 8] On a alors deux boucles indépendantes de circulation du liquide caloporteur. La première boucle, dédié au chauffage de l'habitacle à l'aide de la chaleur dégagée par les gaz d'échappement, est composée du récupérateur thermique 48, de la pompe 58, de la vanne 60, du groupe aérotherme 56 et du moteur thermique 10. La pompe électrique 58, alimentée par la tension de bord du véhicule (en général, batterie de 12 Volts), met le liquide caloporteur en mouvement. A partir d'un certain débit de liquide, la pression différentielle aux bornes du clapet anti-retour 62 atteint une valeur prédéterminée provoquant l'ouverture du clapet. Ce dernier, en position ouverte, permet de limiter le débit de liquide caloporteur dans le récupérateur 48. En dessous de cette valeur prédéterminée, le clapet est fermé et tout le liquide caloporteur passant par le récupérateur 48, passe par le groupe aérotherme 56 afin de chauffer plus rapidement l'habitacle. La pompe 58 permet de plus d'avoir un débit dans le groupe aérotherme lorsque le moteur thermique 10 est arrêté, ce qui permet de maintenir une température de confort dans l'habitacle. 9] La deuxième boucle, pour le refroidissement de l'air d'admission et des composants électriques, est composée de l'échangeur air/liquide 22, des moyens de refroidissement 13 des composants électriques 12 et du radiateur 16. La pompe électrique 18, alimentée par la tension de bord du véhicule (en général, batterie de 12 Volts), met le liquide caloporteur en circulation dans cette deuxième boucle, le passage du liquide dans l'échangeur air/liquide refroidissant l'air d'admission et son passage dans les moyens de refroidissement 13 assurant le refroidissement des composants électriques 12. 0] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la 15 présente invention. REVENDICATIONS 1. Système de gestion thermique pour véhicule hybride comprenant un moteur thermique (10), une ligne d'échappement (50) des gaz de combustion du moteur thermique, une ligne d'admission d'air (20) de suralimentation du moteur thermique, des composants électriques (12) dédiés à la traction électrique du véhicule et un circuit de refroidissement (13) desdits composants électriques comportant un radiateur basse température (16), ledit système étant caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur de chaleur air/liquide (22) branché sur ladite ligne d'admission d'air (20) pour refroidir ledit air de suralimentation et connecté audit circuit de refroidissement (13) pour refroidir lesdits composants électriques (12). 2. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit de refroidissement (13) des composants électriques (12) est connecté audit échangeur air/liquide (22) de façon à former une boucle de refroidissement constituée par ledit échangeur (22) et ledit circuit de refroidissement (13, 16) des composants. 3. Système selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit circuit de refroidissement (13) comprend des moyens (14) en liaison thermique avec lesdits composants électriques (12) et en ce qu'un liquide caloporteur circule dans ledit échangeur air/liquide (22), dans lesdits moyens et dans ledit radiateur basse température (16). 4. Système selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il comprend une pompe (18) pour la mise en circulation dudit liquide caloporteur, située entre ledit radiateur basse température (16) et lesdits moyens de refroidissement (13). 5. Système selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un récupérateur thermique (48) des gaz d'échappement branché sur ladite ligne d'échappement (50) et en ce que ledit récupérateur (48) est couplé audit échangeur air/eau (22) afin de chauffer ledit air de suralimentation. 6. Système selon l'une des revendications 3 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte un groupe aérotherme (56) dans lequel peut circuler ledit liquide caloporteur pour le chauffage de l'habitacle du véhicule et pouvant être connecté audit récupérateur thermique (48) et audit échangeur air/liquide (22). 7. Système selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte une première vanne trois voies (36) pouvant être placée entre deux positions , une première position pour laquelle ledit échangeur air/liquide (22) est connecté audit récupérateur (48) et déconnecté dudit radiateur basse température (16) et desdits moyens (13) en liaison thermique avec lesdits composants électriques (12), et une deuxième position pour laquelle ledit récupérateur (48) est connecté audit groupe aérotherme (56) et déconnecté dudit échangeur (22). 8. Système selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième vanne trois voies (60) permettant la connexion dudit groupe aérotherme (56) audit récupérateur thermique (48) et audit échangeur air/liquide (22), ladite deuxième vanne pouvant être positionnée entre deux positions, une première position pour laquelle ledit récupérateur thermique (48) est déconnecté dudit groupe aérotherme (56) et connecté audit échangeur air/liquide (22), et une deuxième position pour laquelle ledit récupérateur thermique (48) est connecté audit groupe aérotherme (56) et déconnecté dudit échangeur air/liquide (22). 9. Procédé de gestion thermique d'un véhicule hybride comportant un moteur thermique (10), une ligne d'échappement (50) des gaz de combustion du moteur thermique, une ligne d'admission d'air (20) de suralimentation du moteur thermique, des composants électriques (12) pour la traction électrique du véhicule et des moyens de refroidissement (13) desdits composants, le procédé étant caractérisé en ce que l'air de suralimentation est refroidi à l'aide desdits moyens de refroidissement des composants électriques. 10. Procédé selon la revendication 9, le véhicule comportant un récupérateur thermique (48) branché sur ladite ligne d'échappement (50), caractérisé en ce que ledit récupérateur (48) est couplé auxdits moyens de refroidissement (13) desdits composants électriques (12). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'habitacle du véhicule est chauffé à l'aide dudit récupérateur (48). 20 25 Supprimé : ô J