Brevet FR2912689A1 — publié le 20080822

Procédé de gestion de l'alimentation d'un circuit électrique de chauffage de l'habitacle d'un véhicule [0001 La présente invention concerne un procédé de gestion de 5 l'alimentation d'un circuit électrique utilisé pour le chauffage de l'habitacle d'un véhicule. 2] Afin de réchauffer plus rapidement l'habitacle de certains véhicules, ces derniers comportent, en plus du chauffage traditionnel par circulation d'un fluide caloporteur, une résistance chauffante pouvant chauffer soit de 10 l'air injecté dans l'habitacle, soit un fluide circulant dans une canalisation de radiateur placé dans l'habitacle. Ce type de chauffage additionnel équipe principalement les véhicules possédant une source d'énergie électrique supplémentaire, en plus de la batterie d'alimentation électrique du réseau de bord (généralement à 12 Volts), tels que les véhicules à propulsion électrique 15 ou hybride ou les véhicules équipés de la fonction Stop & Start. 3] La source d'énergie supplémentaire délivre généralement une tension de l'ordre de 15 à 30 volts, donc supérieure aux 12 Volts de la batterie du réseau de bord. La figure 1 représente le schéma électrique d'un tel système. La batterie 10 de 12 Volts et la source d'énergie supplémentaire 20 12, dont la tension est comprise généralement entre environ 15 et 30 V., sont connectées en série. Une machine électrique 22, par exemple un alternateur, recharge la batterie et la source d'énergie supplémentaire. Un convertisseur DC/DC 14 est placé entre la batterie 10 et la source supplémentaire 12 afin de pouvoir transférer de la puissance électrique de la source d'énergie 25 électrique supplémentaire 12 vers la batterie 10. Un circuit de chauffage comprenant, connectés en série, une résistance chauffante R de type CTP, un relais 18 et un fusible 20 est alimenté par la batterie 10. La fermeture et l'ouverture du relais 18 peuvent être commandées afin de, respectivement, établir ou couper l'alimentation du circuit de chauffage. L'alimentation de la 30 résistance chauffante R conduit à dimensionner le convertisseur 14 pour lui 2 permettre de supporter une puissance supplémentaire de l'ordre de 1 kW électrique, ce qui augmente les dimensions et le coût du convertisseur d'environ 100 Euros. 4] Afin d'éviter cet inconvénient, on pourrait alimenter la résistance chauffante R par la source d'alimentation électrique supplémentaire 12, au lieu de la batterie 10. Cependant, la tension délivrée par la source d'énergie supplémentaire étant supérieure aux 12 V. de la batterie, les éléments du circuit contenant la résistance chauffante, notamment le relais 18 et le fusible 20, ne supporteraient pas les fortes intensités de courant électrique qui se produisent au moment de la mise sous tension de la résistance R. La figure 2 représente l'intensité i du courant (en Ampères) traversant la résistance chauffante R en fonction du temps t (en secondes, compté à partir de la mise sous tension de la résistance chauffante) pour deux tensions d'alimentation, l'une en trait plein pour une tension de 12 V et l'autre en pointillés pour une tension de 24 V. On remarque qu'un pic d'intensité se produit à la mise sous tension de la résistance, pendant environ 6 secondes, et qu'ensuite l'intensité i du courant se stabilise, le pic d'intensité étant plus important pour une tension plus élevée. Afin de ne pas détériorer le fusible et le relais, une solution évidente consisterait à renforcer la puissance acceptable par ces composants, et donc de changer ces composants. Cependant, pour des raisons de coût lié à la standardisation des modèles automobiles, il est souhaitable de conserver les mêmes composants. 5] La chute de tension aux bornes du fusible et du relais étant négligeables, on assimilera par la suite la tension aux bornes de la résistance chauffante à la tension aux bornes du circuit de chauffage ou à la tension aux bornes de la source d'énergie électrique supplémentaire. 6] La présente invention propose une solution à ce problème d'alimentation de la résistance chauffante électrique par la source d'énergie électrique supplémentaire tout en conservant les mêmes composants du 3 circuit de chauffage que lorsque la résistance est alimentée par la batterie de 12 V. 7] De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de gestion de l'alimentation électrique d'un circuit utilisé pour le chauffage de l'habitacle d'un véhicule comportant un moteur thermique, une batterie pour l'alimentation du réseau de bord, une source d'énergie électrique additionnelle, une machine électrique pouvant fournir de la puissance électrique à ladite batterie et à ladite source, et un convertisseur permettant un transfert d'énergie électrique entre ladite batterie et ladite source, ledit circuit comprenant, connectés en série, au moins une résistance chauffante électrique de type à coefficient de température positif (CTP), au moins un relais et au moins un fusible, ledit circuit pouvant être alimenté en courant électrique par ladite source. 8] Selon l'invention, le procédé consiste à limiter la tension d'alimentation V du circuit à une valeur de seuil Vs à la suite d'une demande de chauffage, à commander la fermeture du relais afin d'appliquer la tension Vs à ladite résistance chauffante et à maintenir ladite limitation de tension pendant un temps prédéterminé X. 9] De préférence, la demande de chauffage n'est prise en compte que 20 si le moteur thermique est en fonctionnement depuis au moins un temps prédéterminé Y. [0o10] La limitation de tension d'alimentation du circuit peut être obtenue par une diminution ou un arrêt de la fourniture de puissance électrique de la machine électrique et/ou en agissant sur ledit convertisseur afin de transférer 25 de la puissance électrique de ladite source vers la batterie. 1] La machine électrique peut être un alternateur réversible. [0012] La limitation de tension est maintenue pendant un temps X, tant que la valeur du courant traversant la résistance chauffante ne s'est pas stabilisée. 3] Selon un mode de mise en oeuvre, la demande de chauffage n'est 5 pas prise en compte si une demande de fonction prioritaire intervient, par exemple en cas d'une demande de démarrage du moteur thermique. 4] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins 10 annexés et sur lesquels : • la figure 1 montre le schéma électrique d'un chauffage par résistance électrique chauffante selon l'art antérieur, • la figure 2 représente le courant électrique i traversant une résistance chauffante de type CTP en fonction du temps t, 15 • les figures 3a, 3b, 3c, et 3d illustrent schématiquement les différentes étapes du procédé de l'invention, et • la figure 4 est un diagramme montrant les étapes du procédé. 5] La figure 3 représente l'état initial du système de chauffage électrique del' habitacle d'un véhicule : une machine électrique 30 alimente 20 une source d'énergie électrique supplémentaire 32 et une batterie 34 dédiée à l'alimentation du rése au de bord du véhicule. La source 32 est à une tension électrique supérieure à celle de la batterie 34 (de l'ordre de 15 à 30 V. comparé aux 12 V. habituels de la batterie). Un convertisseur DC/DC 36 permet de transférer de l'énergie électrique de la source 32 vers la batterie 25 34. Une résistance chauffante R de type CTP (Coefficient de Température Positif), dont la valeur de la résistance augmente avec la température, est alimentée par la source d'énergie additionnelle 32 (et non plus par la batterie de 12 V. comme dans le cas de la figure 1). Des moyens, sous forme d'un relais 40, commandé par un circuit logique qui peut avantageusement faire partie du contrôleur de bord du véhicule, permettent de mettre la résistance 5 chauffante R sous tension. Un fusible 42, connecté en série avec le relais 40 et la résistance R, protège le circuit de chauffage 38 constitué par la résistance, le relais et le fusible, en cas de survoltage du circuit. La résistance chauffante R, le relais 40 et le fusible 42 sont identiques à la résistance R, au relais 18 et au fusible 20 respectivement, lorsque la résistance chauffante était alimentée par la batterie (figure 1). Dans l'état initial qui correspond à l'absence de demande de chauffage supplémentaire, le relais 40 est ouvert. La machine électrique 30 fournit un courant électrique il, il en résulte un courant i2 passant à travers le convertisseur 36 (les courants il et i2 n'étant pas forcément égaux dans la mesure où la capacité 32 peut absorber ou restituer de l'énergie). 6] La figure 3b correspond à une demande de chauffage additionnel. Selon l'invention, la tension fournie par la source d'énergie 32 est abaissée à un niveau tel que le courant qui traverse la résistance chauffante à la fermeture du relais ne dépasse pas le courant maximal acceptable par le relais et le fusible. Afin de baisser la tension d'alimentation du circuit de chauffage 38, on peut arrêter le fonctionnement de la machine électrique 30, laquelle ne fournit alors plus de courant. La valeur du courant il est alors nulle. On peut également, soit en complément, soit alternativement, transférer à l'aide du convertisseur 36 de la puissance électrique de la source 32 vers la batterie 34. 7] A l'étape suivante (figure 3c), lorsque la tension V aux bornes du circuit de chauffage a été abaissée à une valeur de tension de seuil Vs (indiquée à 17 V. sur les figures 3b et 3c), on ferme le relais 40. Un courant électrique circule alors dans la résistance chauffante. Comme illustré sur la figure 2, un pic de courant se produit au départ du chauffage de la 6 résistance, pendant un certain laps de temps (environ 5 à 6 secondes, généralement inférieur à 10 secondes). Ce pic correspond à l'élévation de température de la résistance chauffante et donc à une augmentation de la valeur de sa résistance. Lorsque la résistance chauffante a atteint sa température de fonctionnement, la valeur de la résistance se stabilise et il en donc de même du courant traversant la résistance et donc de la tension aux bornes de la résistance chauffante. Cette tension est stabilisée à une valeur (environ 17 V.), inférieure à la valeur de tension initiale (environ 25 V.). 8] Après stabilisation du courant et de la tension aux bornes de la résistance chauffante, la machine électrique 30 peut à nouveau fonctionner et on libère la tension aux bornes du circuit de chauffage. La tension peut alors fluctuer, généralement entre 25 et 15 Volts, en fonction de la consommation électrique du véhicule, 9] Un mode de réalisation détaillé de l'invention, appliquée à un véhicule équipé d'un système d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique (fonction Stop & Start), est représenté schématiquement sur les figures 4a et 4b, la figure 4b montrant en détails la gestion de la résistance chauffante représentée par la référence 46 sur la figure 4a. 0] Sur la figure 4a, le bloc 41 concerne le fonctionnement général de la gestion du chauffage par la résistance chauffante R et le bloc 43 concerne la gestion des priorités. Lorsqu'une demande de chauffage est formulée par un passager du véhicule ou son conducteur ou par le système de régulation de température du véhicule, l'état El de demande de chauffage est positionné au niveau logique 1 (E1= 1) . Ce positionnement à l'état 1 est assuré par un mécanisme 44, qui notifie la demande de chauffage à un circuit logique de gestion de chauffage 46 représenté en détails sur la figure 4b. Ce système de gestion peut faire partie du système de contrôle général du véhicule ou être un circuit logique séparé, tel qu'un microcontrôleur programmé pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention. En présence d'une demande de 7 chauffage E1=1 (figure 4b), pour que cette demande soit prise en compte par le circuit d'états 48 de la résistance chauffante R, il faut que la tension V aux bornes de la résistance chauffante R soit inférieure à la tension seuil Vs correspondant à une valeur de tension acceptable par le relais et le fusible du circuit électrique de la résistance chauffante et, si c'est le cas, l'état E2 caractérisant le fait que la tension V soit inférieure ou supérieure au seuil Vs, passe au niveau logique E2 = 1, lequel état est notifié au circuit 48. Si V > Vs, alors E2= 0 et un signal S1 de demande de limitation de tension est émis. Ce signal a pour effet de mettre provisoirement la machine électrique (22 sur les figures 3) au repos, totalement ou partiellement et/ou de transférer de l'énergie électrique de la source d'énergie supplémentaire 32 à la batterie 34, par le convertisseur 36. Pour que la demande de chauffage (E1=1) soit prise en compte, il faut également que le moteur thermique du véhicule ne soit pas à l'arrêt et soit en fonctionnement depuis un temps tF supérieur à un temps prédéterminé de Y secondes, ce temps correspondant au temps nécessaire pour que le circuit électrique du véhicule fonctionne de façon stable (généralement une dizaine de secondes). Si tF > Y, le niveau logique E3 est placé dans l'état 1 et signalé au circuit logique 48. Si ce n'est pas le cas (tF • que la tension V aux bornes de la résistance chauffante soit inférieure à une valeur de tension seuil déterminée Vs (E2=1), et • que le moteur du véhicule soit en fonctionnement depuis un temps supérieur à un temps Y prédéterminé (E3=1). 8 [0021] De plus, un circuit 50 calcule l'intervalle de temps tDR écoulé depuis le démarrage de la résistance chauffante jusqu'à une demande de chauffage (en d'autres termes, depuis combien de temps la résistance chauffante fonctionne), si cet intervalle de temps est inférieur à un temps prédéterminé de X secondes (de l'ordre de 5 à 6 secondes), il est possible que le courant traversant la résistance ne soit pas encore stabilisé (on se trouve alors dans le pic de courant de la figure 2) et dans ce cas, tDR X, la tension aux bornes de la résistance doit être maintenue à un niveau bas. Le circuit 50 délivre alors un niveau logique E4 (E4=0 si tDR X et E4=1 si tDR > X) qui est appliqué au circuit d'états 48 et à un circuit logique 52, lequel reçoit les niveaux d'état El, E2 et E4. Si E1=E3=1 et si E4=0, le circuit logique 52 délivre un signal S1 de limitation de la tension appliquée à la résistance chauffante. 2] Le fonctionnement de la résistance, avec une demande de réduction de tension, et donc éventuellement l'arrêt de la machine électrique, ne doit pas affaiblir le niveau de charge de la source d'énergie électrique additionnelle à un point tel que certaines fonctions seraient plus assurées (par exemple, entraînement du moteur électrique dans le cas d'un véhicule hybride ou redémarrage automatique du moteur thermique avec un système Stop & Start). C'est le rôle du circuit 54 du bloc 43 de gérer les priorités entre une demande S1 de limitation de la tension V aux bornes de la résistance électrique R et une demande DT émanant de la chaîne de traction ou d'un autre organe du véhicule, cette demande DT ayant priorité sur une demande S1. Un signal S3 est alors émis par le circuit 54 pour commander la mise en marche de l'alternateur (ou pour interdire sa mise hors service temporaire) et pour ne pas décharger la source d'énergie additionnelle par le convertisseur DC/DC. 3] La présente invention permet un gain en coût en évitant d'augmenter la capacité et donc le dimensionnement du convertisseur et en permettant 9 l'alimentation du circuit de chauffage par la source d'énergie additionnelle tout en conservant les mêmes composants du circuit de chauffage, ce qui évite d'augmenter le nombre de composants différents sur un modèle de véhicule. Les performances thermiques du système sont également améliorées. 4] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, le circuit de chauffage pourrait être plus complexe et comporter des composants supplémentaires, en plus de la résistance chauffante, du relais et du fusible. REVENDICATIONS 1. Procédé de gestion de l'alimentation électrique d'un circuit (38) utilisé pour le chauffage de l'habitacle d'un véhicule comportant un moteur thermique, une batterie (34) pour l'alimentation électrique du réseau de bord, une source d'énergie électrique additionnelle (32), une machine électrique (30) pouvant fournir de la puissance électrique à ladite batterie et à ladite source, et un convertisseur (36) permettant un transfert d'énergie électrique entre ladite batterie et ladite source, ledit circuit comprenant, connectés en série, au moins une résistance chauffante électrique (R) de type à coefficient de température positif (CTP), au moins un relais (40) et au moins un fusible (42), ledit circuit (38) pouvant être alimenté en courant électrique par ladite source (32), le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à limiter la tension d'alimentation V du circuit (38) à une valeur de seuil Vs à la suite d'une demande de chauffage, à commander la fermeture dudit relais (40) afin d'appliquer la tension Vs à ladite résistance chauffante et à maintenir ladite limitation de tension pendant un temps prédéterminé X. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la demande de chauffage est prise en compte si le moteur thermique est en fonctionnement depuis au moins un temps prédéterminé Y. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la limitation de tension d'alimentation du circuit est obtenue par une diminution ou un arrêt de la fourniture de puissance électrique de la machine électrique (30). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la limitation de tension d'alimentation du circuit (38) est obtenue en agissant sur ledit convertisseur (36) afin de transférer de la puissance électrique de ladite source (32) vers la batterie (34). 11 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la machine électrique (30) est un alternateur réversible. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la limitation de tension est maintenue pendant un temps X, tant que la valeur du courant traversant la résistance chauffante R ne s'est pas stabilisée. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la demande de chauffage n'est pas prise en compte si une demande de fonction prioritaire DT intervient. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que la demande prioritaire est une demande de démarrage du moteur thermique. 20