Brevet FR2960050A1 — publié le 20111118

Dispositif d'alimentation électrique de cellules thermoélectriques. L'invention est du domaine des dispositifs d'alimentation électrique de cellules thermoélectriques. Elle vise également une installation, notamment une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, comprenant un tel dispositif d'alimentation électrique de cellules thermoélectriques. Elle a enfin pour objet un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif d'alimentation électrique de cellules thermoélectriques, en particulier en mode chauffage ou en mode refroidissement. On connaît des installations comprenant des cellules thermoélectriques. En particulier, le document FR 2 903 345 enseigne un dispositif de pré-ventilation d'un habitacle d'un véhicule automobile comprenant un boîtier logeant un pulseur pour faire circuler un flux d'air depuis une bouche d'entrée d'air à l'intérieur du boîtier jusqu'à une sortie d'air hors du boîtier. Pour modifier la température du flux d'air préalablement à sa distribution à l'intérieur de l'habitacle, le boîtier loge une unité thermoélectrique. L'unité thermoélectrique comprend au moins une cellule thermoélectrique à effet Peltier comportant deux faces, aptes à refroidir ou à réchauffer le flux d'air circulant à contact de la cellule thermoélectrique selon la polarité d'une tension d'alimentation appliquée à la cellule thermoélectrique. Se pose le problème général de l'alimentation électrique de l'unité thermoélectrique et, en particulier, des cellules thermoélectriques. Il est plus particulièrement souhaité de disposer d'un dispositif d'alimentation électrique de la cellule thermoélectrique permettant de moduler aisément une puissance thermique délivrée par la cellule thermoélectrique, sachant que la puissance thermique est proportionnelle à la tension appliquée. Par exemple, il est couramment recherché de pouvoir délivrer une puissance thermique de chauffage qui soit supérieure, par exemple de l'ordre du double, d'une puissance thermique de refroidissement, à partir d'une même tension électrique délivrée par une source d'alimentation électrique. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif d'alimentation électrique de cellules thermoélectriques logées à l'intérieur d'une installation thermique, notamment une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un véhicule automobile, simple et peu coûteux à réaliser à partir d'un nombre d'éléments le plus faible possible, pour produire un mode « refroidissement » et un mode « chauffage » optimisés à partir d'une consommation électrique la plus faible possible. Un dispositif de la présente invention est un dispositif d'alimentation électrique d'au moins une première cellule thermoélectrique et d'au moins une deuxième cellule thermoélectrique, le dispositif d'alimentation électrique comprenant une ligne positive principale et une ligne négative principale. De plus, le dispositif d'alimentation électrique comprend une ligne positive secondaire et une ligne négative secondaire de telle sorte que la première cellule thermoélectrique est interposée entre la ligne négative principale et la ligne positive secondaire. De même, la deuxième cellule thermoélectrique est interposée entre la ligne positive principale et la ligne négative secondaire. La présente invention présente un intérêt tout particulier pour les véhicules automobiles électriques. En effet, dans de tels véhicules, la gestion thermique de batteries, nécessaires à la propulsion du véhicule, est une problématique majeure. L'utilisation de cellules thermoélectriques permet de maintenir les batteries dans une plage de température optimale pour leur fonctionnement. II est ainsi possible d'assurer un mode « chauffage » et un mode « refroidissement » permettant respectivement d'augmenter ou d'abaisser la température de l'environnement des batteries. Ainsi, la présente invention propose un dispositif d'alimentation électrique d'au moins une cellule thermoélectrique, préférentiellement une pluralité de cellules thermoélectriques, permettant d'obtenir divers modes de fonctionnement délivrant une puissance de chauffage suffisante, par exemple de l'ordre de 1,5 KW, voire 2 KW, sans augmenter le nombre de cellules thermoélectriques, par exemple au nombre de 14 ou 16. Cela permet d'obtenir une installation thermique de coût et d'encombrement réduits. Selon la présente invention, le nombre de cellules thermoélectriques permet 5 également de délivrer une puissance de refroidissement suffisante, par exemple de l'ordre de 400 W. Plus particulièrement, une pluralité de premières cellules thermoélectriques est agencée en un premier groupe interposé entre la ligne négative principale et la 10 ligne positive secondaire. De même, une pluralité de deuxièmes cellules thermoélectriques est agencée en un deuxième groupe interposé entre la ligne positive principale et une ligne négative secondaire. La ligne négative secondaire est avantageusement pourvue d'un interrupteur de 15 ligne négative secondaire interposé entre la ligne négative principale et la deuxième cellule thermoélectrique ou le deuxième groupe de deuxièmes cellules thermoélectriques. De façon complémentaire ou alternative, la ligne positive secondaire est 20 avantageusement pourvue d'un interrupteur de ligne positive secondaire interposé entre la ligne positive principale et la première cellule thermoélectrique ou le premier groupe de premières cellules thermoélectriques. Le dispositif d'alimentation électrique comprend préférentiellement un interrupteur 25 principal disposé entre la ligne négative secondaire et la ligne positive secondaire. Une installation thermique, en particulier une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, de la présente invention est principalement reconnaissable en ce qu'elle comprend un dispositif d'alimentation électrique tel que défini 30 précédemment. Un procédé de mise en oeuvre de l'installation thermique selon un premier mode de fonctionnement, dit premier mode « chauffage », comprend les étapes suivantes : fermer l'interrupteur de ligne négative secondaire, fermer l'interrupteur de ligne positive secondaire, ouvrir l'interrupteur principal. Un procédé de mise en oeuvre de l'installation thermique selon un deuxième mode de fonctionnement, dit deuxième mode « chauffage », comprend les 10 étapes suivantes : ouvrir l'interrupteur de ligne négative secondaire, - ouvrir l'interrupteur de ligne positive secondaire, - fermer l'interrupteur principal. 15 La présente invention sera mieux comprise, d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, données à titre d'exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l'exposé de sa réalisation 20 et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles : La figure 1 est une illustration schématique d'un dispositif d'alimentation électrique selon la présente invention, La figure 2 est une illustration schématique du dispositif d'alimentation électrique représenté sur la figure 1, en premier mode « chauffage », et 25 - La figure 3 est une illustration schématique du dispositif d'alimentation électrique représenté sur la figure 1, en deuxième mode « chauffage ». La figure 1 est une illustration schématique d'un dispositif d'alimentation électrique 1 selon la présente invention. Le dispositif d'alimentation électrique 1 permet 30 d'assurer l'alimentation électrique de premières cellules thermoélectriques 2 et de deuxièmes cellules thermoélectriques 3. Les premières et deuxièmes cellules thermoélectriques 2 et 3 sont, par exemple, des cellules de type Peltier qui sont destinées à être logées à l'intérieur d'une installation thermique, notamment une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation d'un véhicule automobile ou une installation de gestion thermique d'une batterie d'un véhicule automobile électrique. L'installation thermique équipée des premières et deuxièmes cellules thermoélectriques 2 et 3 est prévue pour modifier les paramètres aérothermiques d'un fluide, en particulier un flux d'air. 10 L'installation thermique est par exemple un module de pré-ventilation logée à l'intérieur de l'habitacle d'un véhicule. Le module de pré-ventilation est indifféremment agencé en un plafonnier fixé à une toiture du véhicule ou en une console rapportée sur un plancher du véhicule. 15 Par ailleurs, l'installation thermique est une installation secondaire de chauffage, ventilation et/ou climatisation apte à distribuer un flux d'air à température ajustée dans une zone particulière de l'habitacle en complément d'une installation principale de chauffage, ventilation et/ou climatisation, disposée sous une planche de bord du véhicule. 20 La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse pour un véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride pour lequel une source de chaleur conséquente et aisément utilisable n'est pas disponible de façon constante et continue. Toutefois, la présente invention est susceptible d'équiper 25 un véhicule doté d'un moteur thermique à combustion interne. La présente invention trouve également une application particulièrement avantageuse pour un véhicule automobile à propulsion électrique ou hybride Afin d'assurer une gestion thermique des batteries permettant la propulsion du 30 véhicule.5 Selon la présente invention, le dispositif d'alimentation électrique 1 est susceptible de permettre la gestion d'une première et d'une deuxième cellule thermoélectrique 2 et 3. Le dispositif d'alimentation électrique 1 est également susceptible de permettre la gestion d'une pluralité de premières et deuxièmes cellules thermoélectriques 2 et 3, agencées en deux groupes de sept cellules thermoélectriques selon l'exemple des figures 1 à 3. Néanmoins, le nombre de premières et deuxièmes cellules thermoélectriques 2 et 3 par groupe et le nombre de groupe de cellules thermoélectriques ne sont pas limitatifs. La première cellule thermoélectrique 2, respectivement la deuxième cellule thermoélectrique 3, comporte deux faces, dont une première face apte à refroidir et/ou à réchauffer le fluide, notamment le flux d'air, circulant à son contact selon une polarité appliquée à la première cellule thermoélectrique 2, respectivement la deuxième cellule thermoélectrique 3. Une deuxième face de la première cellule thermoélectrique 2, respectivement de la deuxième cellule thermoélectrique 3, est en contact avec un espace environnant pour permettre un échange thermique nécessaire au fonctionnement de la première cellule thermoélectrique 2, respectivement de la deuxième cellule thermoélectrique 3. Ainsi, selon une première polarité appliquée à la première cellule thermoélectrique 2, respectivement la deuxième cellule thermoélectrique 3, la première face est apte à réchauffer le fluide, notamment le flux d'air circulant à son contact. Après inversion de la polarité, la première face est apte à refroidir le fluide, notamment le flux d'air circulant à son contact. Alternativement, selon des dispositions connues, le fluide, notamment le flux d'air, est orienté pour circuler au contact de la première face ou de la deuxième face selon les besoins thermiques désirés, chauffage ou refroidissement, préalablement à sa distribution hors de l'installation thermique. Les premières et deuxièmes cellules thermoélectriques 2 et 3 sont en relation avec une source d'alimentation électrique 4, telle qu'une batterie du véhicule ou30 analogue. La source d'alimentation électrique 4 est apte à délivrer une tension U entre une ligne positive principale 5 et une ligne négative principale 6 du dispositif d'alimentation électrique 1. La tension U délivrée par la source d'alimentation électrique 4 est, par exemple, de l'ordre de 14 V. Le dispositif d'alimentation électrique 1 de la présente invention comprend une ligne positive secondaire 7 d'alimentation électrique d'un premier groupe 2a de premières cellules thermoélectriques 2 et une ligne négative secondaire 8 d'alimentation électrique d'un deuxième groupe 3a de deuxièmes cellules thermoélectriques 3. Ainsi, les premières et deuxièmes cellules thermoélectriques 2 et 3 sont réparties en deux groupes de cellules, dont un premier groupe 2a de premières cellules thermoélectriques 2 disposé entre la ligne positive secondaire 7 et la ligne négative principale 6, et un deuxième groupe 3a de deuxièmes cellules thermoélectriques 3 disposé entre la ligne négative secondaire 8 et la ligne positive principale 5. Plus particulièrement, les premières cellules thermoélectriques 2 du premier groupe 2a sont disposées en parallèle les unes aux autres entre la ligne positive secondaire 7 et la ligne négative principale 6. De même, les deuxièmes cellules thermoélectriques 3 du deuxième groupe 3a sont disposées en parallèle les unes autres entre la ligne négative secondaire 8 et la ligne positive principale 5. La ligne positive secondaire 7 est pourvue d'un interrupteur de ligne positive secondaire 9 interposé entre la ligne positive 5 et les premières cellules thermoélectriques 2 du premier groupe 2a. La ligne négative secondaire 8 est pourvue d'un interrupteur de ligne négative 30 secondaire 10 qui est interposé entre la ligne négative 6 et les deuxièmes cellules thermoélectriques 3 du deuxième groupe 3a. De plus, un interrupteur principal 11 est disposé entre la ligne positive secondaire 7 et la ligne négative secondaire 8. L'interrupteur de ligne positive secondaire 9, l'interrupteur de ligne négative secondaire 10 et l'interrupteur principal 11 peuvent être sélectivement ouverts et fermés afin de définir diverses configurations du dispositif d'alimentation électrique 1. La figure 2 est une illustration schématique du dispositif d'alimentation électrique 1 selon la présente invention dans une première configuration du dispositif d'alimentation électrique 1. Dans cette première configuration, l'interrupteur de ligne positive secondaire 9 est fermé de telle sorte que la ligne positive principale 5 et la ligne positive secondaire 7 sont au même potentiel électrique. De même, l'interrupteur de ligne négative secondaire 10 est fermé de telle sorte que la ligne négative principale 6 et la ligne négative secondaire 8 sont au même potentiel électrique. Enfin, l'interrupteur principal 11 est ouvert de telle sorte que la ligne positive secondaire 7 et la ligne secondaire négative 8 sont isolées l'une de l'autre. Ces dispositions sont telles que l'ensemble des premières et deuxièmes cellules thermoélectriques 2 et 3 sont finalement toutes montées en parallèle les unes aux autres. II en découle que les premières cellules thermoélectriques 2 du premier groupe 2a et les deuxièmes cellules thermoélectriques 3 du deuxième groupe 3a sont toutes soumises à la tension U de telle sorte que ces dernières fournissent chacune une puissance thermique Pu. Tel que présenté, le dispositif d'alimentation électrique 1 est avantageusement une configuration dite premier mode « chauffage » du fluide, en particulier du flux d'air, permettant de fournir une puissance thermique chaude Pu. La figure 3 est une illustration schématique du dispositif d'alimentation électrique 1 selon la présente invention dans une deuxième configuration. Dans cette deuxième configuration, l'interrupteur de ligne positive secondaire 9 est ouvert de telle sorte que la ligne positive principale 5 et la ligne positive secondaire 7 sont isolées l'une de l'autre. De même, l'interrupteur de ligne négative secondaire 10 est ouvert de telle sorte que la ligne négative principale 6 et la ligne secondaire négative 8 sont également isolées l'une de l'autre. Enfin, l'interrupteur principal 11 est fermé de telle sorte que la ligne positive secondaire 7 et la ligne négative secondaire 8 sont au même potentiel électrique. Ces dispositions sont telles que les premières cellules thermoélectriques 2 du premier groupe 2a et les deuxièmes cellules thermoélectriques 3 du deuxième 15 groupe 3a sont montées en série. Avantageusement, les premières cellules thermoélectriques 2 du premier groupe 2a et les deuxièmes cellules thermoélectriques 3 du deuxième groupe 3a sont identiques. Selon cette configuration, les premières cellules thermoélectriques 2 20 du premier groupe 2a et les deuxièmes cellules thermoélectriques 3 du deuxième groupe 3a sont soumises à une tension U', qui équivaut, selon l'exemple de la figure 3, à la moitié de la tension U, de telle sorte que ces dernières fournissent chacune une puissance thermique Pu,, qui équivaut, en particulier à la moitié de la puissance thermique Pu. 25 Tel que présenté, le dispositif d'alimentation électrique 1 est avantageusement une configuration dite deuxième mode « chauffage » du fluide, en particulier du flux d'air, permettant de fournir une puissance thermique froide Pu,. 30 II résulte finalement de l'ensemble de ces dispositions que le dispositif d'alimentation électrique 1 de la présente invention permet de délivrer une puissance thermique chaude Pu qui est, selon le présent agencé présenté, le double de la puissance thermique froide Pu,. De plus, en deuxième mode « chauffage », la puissance électrique consommée par les premières et deuxièmes cellules thermoélectriques 2 et 3 est minimisée en raison de l'abaissement de la tension U' appliquée aux premières et deuxièmes cellules thermoélectriques 2 et 3. Il en résulte finalement une amélioration d'un coefficient de performance de l'installation thermique, en particulier de l'installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation. Le coefficient de performance est défini comme étant le rapport entre une puissance thermique fournie et une puissance électrique consommée. Dans ce cas là, le dispositif d'alimentation électrique 1 permet de délivrer une puissance thermique modérée Pu,, qui équivaut à la moitié de la puissance 15 thermique chaude Pu que l'installation thermique est à même de fournir. Enfin, à partir d'une inversion de polarité de la tension U appliquée au dispositif d'alimentation électrique 1, il est possible de définir des modes « refroidissement », selon les mêmes agencements que ceux représentés sur les 20 figures 1 à 3, grâce auxquels il est possible de refroidir le fluide, en particulier le flux d'air. Le mode de réalisation présenté sur les figures comporte deux groupes 2a et 3a de premières et deuxièmes cellules thermoélectriques 2 et 3. Toutefois, la 25 présente invention n'est pas limitée à ce nombre de groupes de cellules thermoélectriques. II est envisageable d'avoir un nombre plus élevé de groupes de premières et deuxièmes cellules thermoélectriques 2 et 3. En augmentant le nombre de groupes de premières et deuxièmes cellules thermoélectriques 2 et 3, il est possible d'augmenter les plages de fonctionnement selon la présente 30 invention. On remarque enfin que diverses mises en oeuvre peuvent être réalisées selon les principes de l'invention. Il doit être bien entendu toutefois que ces exemples de fonctionnement sont donnés à titre d'illustration de l'objet de l'invention. Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de réalisation décrits précédemment. REVENDICATIONS1.- Dispositif d'alimentation électrique (1) d'au moins une première cellule thermoélectrique (2) et d'au moins une deuxième cellule thermoélectrique (3), le dispositif d'alimentation électrique (1) comprenant une ligne positive principale (5) et une ligne négative principale (6), caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation électrique (1) comprend une ligne positive secondaire (7) et une ligne négative secondaire (8) de telle sorte que la première cellule thermoélectrique (2) est interposée entre la ligne négative principale (6) et la ligne positive secondaire (7) et en ce que la deuxième cellule thermoélectrique (3) est interposée entre la ligne positive principale (5) et la ligne négative secondaire (8). 2.- Dispositif d'alimentation électrique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une pluralité de premières cellules thermoélectriques (2) agencées en un premier groupe (2a) est interposée entre la ligne négative principale (6) et la ligne positive secondaire (7). 3.- Dispositif d'alimentation électrique (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une pluralité de deuxièmes cellules thermoélectriques (3) agencées en un deuxième groupe (3a) est interposée entre la ligne positive principale (5) et une ligne négative secondaire (8). 4.- Dispositif d'alimentation électrique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la ligne négative secondaire (8) est pourvue d'un interrupteur de ligne négative secondaire (10) interposé entre la ligne négative principale (6) et la deuxième cellule thermoélectrique (3) ou le deuxième groupe (3a) de deuxièmes cellules thermoélectriques (3). 5.- Dispositif d'alimentation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ligne positive 12secondaire (7) est pourvue d'un interrupteur de ligne positive secondaire (9) interposé entre la ligne positive principale (5) et la première cellule thermoélectrique (2) ou le premier groupe (2a) de premières cellules thermoélectriques (2). 6.- Dispositif d'alimentation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation électrique (1) comprend un interrupteur principal (11) disposé entre la ligne négative secondaire (8) et la ligne positive secondaire (7). 7.- Installation thermique comprenant un dispositif d'alimentation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6. 8.- Procédé de mise en oeuvre d'une installation thermique selon la 15 revendication 7, comprenant les opérations suivantes : fermer l'interrupteur de ligne négative secondaire (10), fermer l'interrupteur de ligne positive secondaire (9), ouvrir l'interrupteur principal (11) afin de définir un premier mode de fonctionnement, en particulier un premier 20 mode « chauffage ». 9.- Procédé de mise en oeuvre d'une installation thermique selon la revendication 7, comprenant les opérations suivantes : ouvrir l'interrupteur de ligne négative secondaire (10), 25 ouvrir l'interrupteur de ligne positive secondaire (9), fermer l'interrupteur principal (11). afin de définir un deuxième mode de fonctionnement, en particulier un deuxième mode « chauffage ». 10 30