Brevet FR2936980A1 — publié le 20100416

Véhicule automobile à moteur électrique comportant un circuit de refroidissement du circuit électronique de puissance connecté à un radiateur de s chauffaqe de l'habitacle La présente invention concerne un véhicule automobile, équipé d'un moteur électrique, et qui comporte un circuit électronique de puissance, refroidi par un circuit de refroidissement dans lequel circule un fluide caloporteur. Ce circuit de refroidissement comporte un radiateur de chauffage de l'habitacle. Ce ~o radiateur de chauffage de l'habitacle peut transférer les calories véhiculées par le fluide caloporteur du circuit de refroidissement, à l'air de l'habitacle du véhicule. Le document FR 2 757 456 décrit un véhicule automobile qui comporte un moteur électrique et un circuit électronique de puissance, refroidi par un circuit 15 de refroidissement dans lequel circule un fluide caloporteur. Ce circuit de refroidissement comporte un radiateur de chauffage qui peut transférer les calories du fluide caloporteur chaud à l'air de l'habitacle du véhicule. Pour renforcer le chauffage procuré par le seul fluide caloporteur du circuit de refroidissement, le document précité propose d'utiliser un radiateur de 20 chauffage à deux nappes. Dans une de ces nappes circule le fluide caloporteur du circuit de refroidissement, tandis l'autre nappe fait partie d'un second circuit dans lequel circule un second fluide caloporteur qui peut être réchauffé par une résistance électrique branchée sur la batterie du véhicule. Si le chauffage de l'habitacle du véhicule est amélioré par le dispositif 25 préconisé par le document précité, le chauffage au démarrage du véhicule reste problématique. En effet, au démarrage, le fluide du circuit de refroidissement est froid et le chauffage doit donc utiliser uniquement la seconde nappe dont le fluide caloporteur est chauffé par une résistance qui puise son énergie électrique dans la batterie du véhicule. Or, par temps froid, la 3o réaction chimique qui a lieu dans la batterie est fortement ralentie et la batterie ne peut pas toujours faire démarrer le véhicule et donc fournir de l'énergie à la résistance de chauffage précitée. Le manque de chauffage de l'habitacle n'est pas qu'un problème de confort. II peut s'avérer dangereux, du fait de la buée, recouvrant les vitres de l'habitacle, qui gêne fortement la conduite voire l'empêche totalement. Un but de la présente invention est donc de proposer un véhicule s automobile électrique qui présente un habitacle qui peut être facilement et rapidement chauffé, même au démarrage du véhicule. Dans le but de résoudre ce problème, la présente invention propose un véhicule automobile comportant un moteur électrique, un habitacle, un circuit électronique de puissance et un circuit de refroidissement dudit circuit io électronique de puissance, dans lequel circule un fluide caloporteur et qui comporte : - un échangeur de chaleur apte à évacuer les calories transportées par ledit fluide caloporteur à l'extérieur dudit véhicule ; et - un radiateur de chauffage, disposé en amont dudit échangeur, apte à 15 transférer les calories transportées par ledit fluide caloporteur à l'air dudit habitacle par l'intermédiaire d'un ventilateur. Selon l'invention, ledit circuit de refroidissement comporte un réservoir adiabatique, apte à stocker au moins une fraction dudit fluide caloporteur circulant dans ledit circuit de refroidissement, moyennant quoi, en stockant au 20 moins une fraction dudit fluide réchauffée pendant le fonctionnement dudit véhicule, il est possible, en introduisant ledit fluide chaud stocké dans ledit réservoir adiabatique, dans ledit radiateur de chauffage, de chauffer rapidement l'habitacle au démarrage dudit véhicule ou de désembuer les vitres. La circulation du fluide chaud dans le circuit de refroidissement 25 consomme peu d'énergie électrique et peut donc être mise en oeuvre dès le démarrage du véhicule. Le circuit de refroidissement d'un véhicule à moteur électrique est plus simple que le circuit de refroidissement d'un véhicule à moteur thermique. Le circuit de refroidissement qui équipe le véhicule selon l'invention est donc 30 simple à remplir et à purger. Par ailleurs, le réservoir adiabatique peut être facilement installé, notamment dans le compartiment moteur du véhicule. En effet, le compartiment moteur ne contient que le moteur, le circuit électronique de puissance et les organes de transmission. La ou les batteries, qui peuvent être volumineuses, sont, généralement, disposées hors compartiment moteur. Avantageusement, ledit réservoir est disposé au-dessus dudit circuit de refroidissement de manière à ce que ledit fluide stocké s'écoule dans ledit circuit de refroidissement, sous l'effet de la gravité. De cette façon, il est possible de faire circuler le fluide chaud, dans le circuit de refroidissement, sans faire appel à la batterie. Dans un véhicule automobile fonctionnant à moteur électrique, les organes à refroidir se trouvent à un niveau plus bas que dans un véhicule à io moteur thermique. Dans le cas d'un véhicule électrique, il est ainsi aisé de disposer, dans le compartiment moteur, par exemple, un réservoir adiabatique qui permet l'écoulement gravitaire du fluide caloporteur. Avantageusement, ledit réservoir adiabatique comporte une entrée reliée à la sortie dudit radiateur de chauffage et une sortie reliée à ladite entrée dudit is radiateur de chauffage. Cet agencement permet de ne pas faire tout de suite circuler le fluide chaud dans l'échangeur de chaleur où il se refroidirait. La chaleur stockée dans le réservoir est ainsi utilisée au maximum pour chauffer l'habitacle. Selon un mode de réalisation, ledit circuit de refroidissement comporte 20 une pompe secondaire, apte à transférer tout le volume dudit fluide caloporteur dans ledit réservoir adiabatique. Cette pompe permet de vider rapidement le circuit de refroidissement, lors de l'arrêt du véhicule. Le fluide chaud n'a pas le temps de se refroidir. Tout le volume du fluide étant stocké dans le réservoir, on stocke ainsi le maximum possible de chaleur. De plus, la vidange du circuit 25 de refroidissement permet de ne pas augmenter le volume du fluide caloporteur circulant le circuit de refroidissement, ce qui permet de ne pas alourdir le véhicule. Avantageusement, le véhicule comporte des moyens formant vanne, disposés de manière permettre la coupure ou la réduction du débit dudit fluide 30 vers ledit échangeur de chaleur. Ainsi, lors de l'arrêt du véhicule, il est possible d'isoler l'échangeur de chaleur. Lors du démarrage, le fluide chaud ne circulant pas dans l'échangeur, il évacue sa chaleur uniquement au niveau du radiateur de chauffage de l'habitacle et optimise ainsi le chauffage de l'habitacle. Avantageusement, ledit circuit de refroidissement permet également le refroidissement dudit moteur. La présence d'un seul circuit de refroidissement permet de ne pas alourdir le véhicule. Dans ce cas, ledit circuit de refroidissement peut comporter des moyens formant vanne secondaires, disposés de manière à permettre la coupure de la circulation dudit fluide dans la portion dudit circuit servant au refroidissement dudit moteur. Ces moyens formant vanne secondaires permettent, soit de ne pas faire circuler le fluide chaud vers le moteur, soit de réduire leur débit au minimum nécessaire. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description, faite ci-après, d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel : - la Figure unique représente schématiquement un mode de réalisation du circuit de refroidissement équipant le véhicule selon l'invention. La Figure 1 représente un exemple de circuit de refroidissement, avec ses annexes, équipant un véhicule selon l'invention. Les traits plein représentent les conduits dans lesquels circule le fluide caloporteur. Les traits en pointillés représentent les connexions électriques. Comme représenté sur la figure 1, le véhicule selon l'invention comporte un moteur électrique 1 et un circuit électronique de puissance 2. Le moteur 1 est refroidi par un échangeur de chaleur (non représenté) qui peut être un simple serpentin, entourant le moteur, dans lequel circule un fluide caloporteur. Il en est de même pour le circuit électronique de puissance 2. Les deux échangeurs de chaleur, situés respectivement au niveau du moteur 1 et du circuit électronique de puissance 2 sont raccordés, en parallèle l'un avec l'autre, par des conduits dans lesquels circule le même fluide caloporteur. Dans la suite de la description, par souci de simplification, pour les éléments qui ne sont pas eux-mêmes parcourus par le fluide caloporteur du circuit de refroidissement, mais qui sont simplement thermiquement connectés au circuit de refroidissement, par exemple, au moyen d'échangeurs de chaleur (c'est le cas du moteur 1, du circuit électronique de puissance 2), on omettra d'indiquer la présence de tels échangeur de chaleur et l'on parlera directement de l'élément thermiquement connecté au circuit de refroidissement. Le moteur 1 et le circuit d'électronique de puissance 2, thermiquement connectés en parallèle, ainsi que le radiateur 3 et la pompe électrique 5, forment une boucle chaude. Cette boucle chaude permet de transférer les calories transportées par le fluide caloporteur, réchauffé au contact du moteur 1 et du circuit électronique de puissance 2, à l'air extérieur au véhicule. Le radiateur de refroidissement 3 est raccordé thermiquement en série avec le moteur 1 et le circuit électronique de puissance 2. La boucle chaude et le radiateur de refroidissement 3 forment le circuit de refroidissement du véhicule. Comme représenté sur la figure 1, un radiateur de chauffage 4 est io thermiquement branché, en parallèle, avec le moteur 1 et le circuit d'électronique de puissance 2. Ce radiateur de chauffage 4 est disposé de manière à permettre au fluide caloporteur chaud, sortant de la boucle chaude, de céder les calories qu'il transporte, à l'air de l'habitacle du véhicule, par l'intermédiaire du ventilateur 15. Dans l'exemple représenté, le radiateur de is refroidissement 3 est branché à la sortie de l'échangeur de refroidissement du moteur 1 et à l'entrée de la pompe 5 assurant la circulation du fluide dans le circuit de refroidissement et dans le radiateur de chauffage 4. Des moyens formant vanne (non représentés) permettent de court-circuiter le radiateur de refroidissement 3. Lorsque le radiateur de refroidissement 3 est court-circuité, 20 le fluide circule alors soit entre le moteur 1, le circuit électronique de puissance 2 et le radiateur de chauffage 4 et le réservoir adiabatique 6, ceci permet de ne pas refroidir le liquide de refroidissement, lors de démarrage à froid, soit le fluide circule principalement dans le radiateur de chauffage 4 et le débit est réduit à un minimum dans le moteur électrique 1 et l'électronique de puissance 25 2, pour ne pas que le fluide s'y échauffe et pour que le moteur 1 et l'électronique de puissance ne pénalisent pas le chauffage de l'habitacle. En référence à la figure 1, le véhicule comporte un réservoir adiabatique 6 (un réservoir à double paroi, calorifugé, par exemple) qui est connecté au circuit de refroidissement, en aval du radiateur de chauffage 4 et en amont de 30 l'entrée du radiateur de refroidissement 3. Ce réservoir adiabatique 6 comporte une entrée 61, reliée au circuit de refroidissement, entre le radiateur de chauffage 4 et l'entrée du radiateur de refroidissement 3, et une sortie 62, équipée de premiers moyens formant vanne 7. La sortie 62 est reliée au circuit de refroidissement entre la sortie du radiateur de refroidissement 3 et l'entrée du radiateur de chauffage 4, en passant par la pompe 5. Les premiers moyens formant vanne 7 permettent de fermer la sortie 62 du réservoir 6. Une pompe secondaire 8 est disposée sur le conduit reliant la sortie 62 au circuit de refroidissement, en aval des premiers moyens formant vanne 7. Cette pompe secondaire 8 permet de remplir le réservoir adiabatique 6 avec le fluide caloporteur circulant dans le circuit de refroidissement et éventuellement le radiateur de chauffage 4. Des seconds moyens formant vanne 9 sont disposés sur le circuit de refroidissement, en aval du radiateur de chauffage 4 et en aval de la connexion entre le circuit de refroidissement et le réservoir adiabatique 6. Ces seconds moyens formant vanne 9 permettent de bloquer la circulation du fluide caloporteur vers le radiateur de refroidissement 3 et d'envoyer le fluide caloporteur sortant du radiateur de chauffage 4, dans le réservoir adiabatique 6, en amont du radiateur de refroidissement 3. Des troisièmes moyens formant vanne 10 (ou moyens formant vanne secondaires) sont disposés sur le circuit de refroidissement, entre le radiateur de chauffage 4 et le moteur 1. Ces troisièmes moyens formant vanne 10 permettent de court-circuiter le moteur 1 et le circuit électronique de puissance 2, lors d'un démarrage à froid ou de réduire leur débit. Dans un véhicule fonctionnant avec un moteur électrique, il est facile d'insérer le réservoir 6 dans le compartiment moteur, au-dessus du moteur 1 et du circuit électronique de puissance 2, de manière à ce que le fluide contenu dans le réservoir s'écoule par gravité dans le circuit de refroidissement. Cet écoulement gravitaire permet d'éviter l'utilisation d'une pompe pour vider le réservoir et ne requiert aucune énergie électrique. Cette solution permet également de s'affranchir des problèmes d'amorçage de la pompe principale 5, notamment lorsque le véhicule est stationné en pente. Comme représenté sur la figure 1, le véhicule comporte également un calculateur 11 qui pilote un capteur de température 12. Ce capteur de température 12 mesure la température du fluide caloporteur stocké dans le réservoir adiabatique 6. Le calculateur 11 pilote également un capteur de température externe 13, qui mesure la température externe. Le calculateur 11 pilote aussi les pompes principale et secondaire 5 et 8 et la consigne de chauffage et/ou désembuage 14, située dans l'habitacle. Le calculateur 11 pilote également les premiers, seconds et troisièmes moyens formant vanne 7, 9 et 10, à partir des informations qui lui sont données par les capteurs de température 12 et 13 et la consigne de désembuage/chauffage 14. Le fonctionnement de l'invention va maintenant être expliqué. Lorsque le véhicule roule, le moteur 1 fonctionne et est refroidi par le s circuit de refroidissement. Si l'utilisateur du véhicule indique, via la consigne de chauffage et/ou désembuage, qu'il ne veut pas chauffer l'habitacle, le calculateur 11 coupe le ventilateur 15, le fluide caloporteur circule dans le radiateur de chauffage 4, mais les calories ne sont pas cédées à l'habitacle. Le fluide caloporteur circule aussi dans le moteur 1, le circuit électronique de 10 puissance 2 et le radiateur de refroidissement 3, assurant uniquement le refroidissement du moteur 1 et du circuit électronique de puissance 2. Il en va de même lorsque le capteur de température externe 13 et/ou le capteur de température du moteur (non représenté sur la figure 1) détecte(nt) que la température externe au véhicule est supérieure à une consigne donnée. ]s Si l'utilisateur indique qu'il désire chauffer l'habitacle, via la consigne de désembuage/chauffage 14, il met en marche manuellement le ventilateur 15. Si le capteur de température externe 13 détecte que la température ambiante est inférieure à une valeur de consigne donnée, le calculateur 11 met en marche le ventilateur 15 (en fonction des informations données par les capteurs 12 et 13) 20 et le fluide caloporteur passe à travers le radiateur de chauffage 4 pour chauffer l'habitacle. Le circuit de refroidissement permet à la fois de chauffer l'habitacle et de refroidir le moteur 1 et le circuit électronique de puissance 2. Lorsque le véhicule s'arrête, le fluide caloporteur est chaud. Le calculateur 11 ouvre les premiers, seconds et troisième moyens formant vanne 7, 9 et 10 25 et actionne la pompe secondaire 8 pour aspirer tout ou la majeure partie du fluide caloporteur et l'injecter dans le réservoir adiabatique 6. Le fluide caloporteur chaud est ainsi stocké dans le réservoir adiabatique 6 ce qui permet de stocker les calories qu'il a emmagasiné. Lors du démarrage suivant, lorsque l'utilisateur réclame le chauffage et/ou 30 le désembuage (via la consigne de chauffage/désembuage 14 ou la mise en marche du ventilateur 15 par le conducteur) ou que le capteur de température ambiante 13 détecte que la température externe est inférieure à la valeur consigne donnée, le calculateur 11 ferme plus ou moins les seconds et troisième moyens formant vanne 9 et 10 et ouvre plus ou moins les premiers moyens formant vanne 7. Les débits qui circulent dans les différentes branches sont fonction des informations transmises au calculateur 11 par les capteurs de température 12 et 13 et par des capteurs de température, non représentés, qui mesurent la température du moteur 1 et du circuit électronique de puissance 2. Lorsque les premiers moyens formant vanne 7 sont ouverts, le fluide caloporteur s'écoule du réservoir adiabatique 6 dans le radiateur de chauffage 4, réchauffant ainsi l'air de l'habitacle. Le calculateur 11 actionne la pompe principale 5 et le fluide caloporteur chaud circule entre le réservoir adiabatique 6 et le radiateur de chauffage 4. L'air de l'habitacle est ainsi chauffé. Io Lorsque le circuit électronique de puissance 2 et/ou le moteur 1 s'échauffe, le calculateur 11 ouvre plus ou moins les seconds et troisièmes moyens formant vanne 9 et 10. Le fluide caloporteur circule alors dans tout le circuit de refroidissement et permet à la fois le chauffage de l'habitacle, de par sa circulation dans le radiateur de chauffage 4, et le refroidissement du moteur 15 1 et du circuit électronique de puissance 2, du fait de sa circulation dans le radiateur de refroidissement 3 et dans le radiateur de chauffage 4 qui sert aussi à l'évacuation de la chaleur transportée par le fluide caloporteur. Le réservoir 6 n'est pas court-circuité et le fluide continue à le traverser. Le réservoir adiabatique 6 sert alors de bocal de dégazage du fluide caloporteur. Le 20 mélange fluide caloporteur/air entre dans le réservoir adiabatique 6, sous l'effet de l'augmentation de volume (le réservoir ayant un diamètre supérieur à celui du conduit), l'air se sépare du fluide et reste dans le réservoir adiabatique 6. Lors d'un démarrage sans nécessitée de chauffage et/ou désembuage, le calculateur 11 ouvre les premiers seconds et troisièmes moyens formant vanne 25 7, 9 et 10. Lorsque le circuit de refroidissement est rempli par le fluide caloporteur s'écoulant du réservoir adiabatique 6, le calculateur 11 actionne la pompe principale 5 qui met le fluide en circulation. Le fluide caloporteur circule de suite dans le moteur 1 et le circuit électronique de puissance 2, permettant leur refroidissement. Le fluide circule également dans le réservoir 6 qui sert, 30 comme précédemment expliqué, de bocal de dégazage. Dans un véhicule à moteur électrique, la température du fluide caloporteur reste relativement faible, de l'ordre de 50°C à 60°C. De ce fait, le réservoir adiabatique qui sert de bocal de dégazage (vase d'expansion) peut être à la pression atmosphérique. Le circuit de refroidissement est donc simple à mettre en oeuvre. Le fluide caloporteur peut être de l'eau additionnée d'un antigel. Le moteur 1 et le circuit électronique de puissance 2 peuvent également 5 être thermiquement connectés en série. REVENDICATIONS1. Véhicule automobile comportant un moteur électrique (1), un habitacle, un circuit électronique de puissance (2) et un circuit de refroidissement dudit circuit électronique de puissance (2), dans lequel circule un fluide caloporteur et qui comporte : - un échangeur de chaleur (3) apte à évacuer les calories transportées par ledit fluide caloporteur à l'extérieur dudit véhicule ; et lo - un radiateur de chauffage (4), disposé en amont dudit échangeur (3), apte à transférer les calories transportées par ledit fluide caloporteur, à l'air dudit habitacle, par l'intermédiaire d'un ventilateur (15) caractérisé en ce que ledit circuit de refroidissement comporte un réservoir adiabatique (6), apte à stocker au moins une fraction dudit fluide caloporteur 15 circulant dans ledit circuit de refroidissement, moyennant quoi en stockant au moins une fraction dudit fluide réchauffé pendant le fonctionnement dudit véhicule, il est possible, en introduisant ledit fluide chaud stocké dans ledit réservoir adiabatique, dans ledit radiateur de chauffage, de chauffer rapidement l'habitacle au démarrage dudit véhicule. 20 2. Véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réservoir (6) est disposé au-dessus dudit circuit de refroidissement de manière à ce que ledit fluide stocké s'écoule dans ledit circuit de refroidissement, sous l'effet de la gravité. 3. Véhicule selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit 25 réservoir adiabatique (6) comporte une entrée (61), reliée à la sortie dudit radiateur de chauffage (4) et une sortie (62), reliée à ladite entrée dudit radiateur de chauffage (4). 4. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit circuit de refroidissement comporte une pompe 30 secondaire (8) apte à transférer tout ledit fluide caloporteur dans ledit réservoir adiabatique (6). 5. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens formant vanne (7), disposés de manière permettre de couper la circulation dudit fluide vers ledit échangeur. 6. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit circuit de refroidissement permet également le refroidissement dudit moteur (1). 7. Véhicule selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit circuit de refroidissement comporte des moyens formant vanne complémentaires (10), disposés de manière à permettre la coupure ou la réduction du débit dudit fluide dans la portion dudit circuit de refroidissement servant au refroidissement dudit moteur (1).