Brevet FR2962071A1 — publié le 20120106

La présente invention concerne un dispositif et procédé de chauffage d'un véhicule automobile à système de traction partiellement ou totalement électrique. Elle est plus particulièrement destinée au chauffage de l'habitacle dudit véhicule. Actuellement, pour les véhicules à moteur thermique, tel que moteur essence ou diesel, il est connu de refroidir le moteur à l'aide d'un circuit utilisant un fluide caloporteur qui, après avoir été échauffé en traversant le moteur peut être envoyé non seulement vers un radiateur de refroidissement dudit fluide mais aussi vers un radiateur de chauffage servant à réchauffer l'habitacle du véhicule. Dans les véhicules électriques, on considère aujourd'hui que les systèmes d'entraînement des véhicules, notamment les machines électriques et leur dispositif de commande, dissipent trop peu de chaleur pour assurer de la sorte un chauffage satisfaisant de l'habitacle. Le problème peut se poser de la même façon, même si c'est dans une moindre mesure, dans les véhicules à traction hybride, c'est-à-dire, combinant un moteur thermique et une machine électrique pour assurer l'entraînement du véhicule. Il a ainsi été proposé d'utiliser des résistances électriques, alimentées à partir des batteries électriques du véhicule, pour assurer un chauffage de l'habitacle. Cependant, le bon fonctionnement de cette solution dépend de l'état de charge des batteries électriques. L'invention se propose d'améliorer la situation et porte sur un dispositif de chauffage d'un véhicule automobile à système d'entraînement partiellement ou totalement électrique caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens pour chauffer un fluide caloporteur, à partir d'au moins une source de courant électrique, et une batterie thermique, ledit dispositif étant configuré pour permettre, lors de certaines phases, un chauffage dudit fluide caloporteur par lesdits moyens pour chauffer le fluide caloporteur et un stockage de chaleur depuis ledit fluide caloporteur dans ladite batterie et, lors d'autres phases, une restitution de chaleur de ladite batterie vers ledit fluide caloporteur. Grâce à la batterie thermique dans laquelle de la chaleur a pu être stockée, le chauffage ne dépend donc plus seulement de l'état de charge de la source de courant utilisée. Selon différents modes de réalisation, - le dispositif comprend en outre un radiateur de chauffage, apte à être traversé par ledit fluide caloporteur et par un fluide à réchauffer, ledit radiateur permettant de réaliser un échange de chaleur entre ledit fluide à réchauffer et ledit fluide caloporteur ; - ledit dispositif comprend trois branches de circulation dudit fluide caloporteur parmi lesquelles : - la première branche, dite de sources thermiques, comprend en série les moyens pour chauffer ledit fluide caloporteur et la batterie thermique, - la seconde branche, dite de chauffage, comprend ledit radiateur de chauffage, - la troisième branche est dite de charge ; - ledit dispositif comprend des moyens de contrôle de la circulation du fluide dans chacune desdites branches permettant, de façon sélective : - une circulation du fluide en série dans la branche de charge et dans la branche de sources thermiques, - une circulation en série dans la branche de sources thermiques et dans la branche de chauffage ; - lesdits moyens de contrôle sont constitués d'une vanne trois voies, chacune desdites branches étant reliée à l'une des voies de la vanne trois voies par l'une de leur extrémité ; - lesdits moyens pour chauffer le fluide caloporteur sont constitués d'une résistance électrique ; - ladite batterie thermique est une batterie à chaleur latente, 3 - la branche de sources thermiques comprend une pompe pour la circulation dudit fluide dans lesdites branches. L'invention concerne également un procédé de chauffage d'un véhicule automobile à système de traction partiellement ou totalement électrique, caractérisé en ce que : l'on prévoit des moyens pour chauffer un fluide caloporteur, à partir d'au moins une source de courant électrique, et une batterie thermique, - lors de certaines phases, on stocke de la chaleur depuis ledit fluide caloporteur dans ladite batterie en chauffant ledit fluide caloporteur par lesdits moyens pour chauffer le fluide caloporteur, - lors d'autres phases, on chauffe le fluide caloporteur par une restitution de chaleur de ladite batterie vers ledit fluide caloporteur. Selon un premier mode de réalisation, on prévoit un radiateur de chauffage, apte à être traversé par ledit fluide caloporteur et un fluide à réchauffer, ledit radiateur permettant de réaliser un échange de chaleur entre ledit fluide à réchauffer et ledit fluide caloporteur, et : - lors des phases de chauffage dudit fluide caloporteur par lesdits moyens pour chauffer le fluide caloporteur, on fait circuler le fluide caloporteur à travers lesdits moyens pour chauffer ledit fluide caloporteur et à travers ledit radiateur, - lors des phases de restitution de la chaleur par ladite batterie thermique, on fait circuler du fluide caloporteur à travers ladite batterie et ledit radiateur. Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, qui pourra se cumuler avec le premier, - on repère un mode dans lequel le véhicule est connecté à un réseau électrique domestique, dit mode d'arrêt, et un mode dans lequel le système d'entraînement du véhicule est actif, dit mode de roulage, en cas de repérage dudit mode d'arrêt, on alimente lesdits moyens pour chauffer ledit fluide caloporteur à partir dudit réseau électrique domestique. On dispose ainsi d'une solution exploitant une source de courant extérieure au véhicule et permettant d'augmenter son autonomie en ne puisant pas dans les batteries électriques pour charger la batterie thermique et/ou un pré conditionnement de l'habitacle du véhicule. Selon un exemple de réalisation, lesdits moyens pour chauffer ledit fluide étant constitués d'une résistance électrique, on prévoit : - trois branches de circulation dudit fluide parmi lesquelles, - la première branche, dite de sources thermiques, comprend en série la résistance électrique et la batterie thermique, - la seconde branche, dite de chauffage, comprend ledit radiateur de chauffage, la troisième branche est dite de charge, - une pompe électrique de circulation du fluide caloporteur dans lesdites branches, - un ventilateur électrique permettant de forcer la circulation du flux d'air à travers ledit radiateur. En mode d'arrêt, on pourra alors charger la batterie thermique en faisant circuler le fluide en série dans la branche de charge et dans la branche de sources thermiques, en alimentant la résistance, sans alimenter le ventilateur. En mode d'arrêt, on pourra aussi chauffer le fluide traversant le radiateur de chauffage en faisant circuler le fluide en série dans la branche de sources thermiques et dans la branche de chauffage, en alimentant la résistance et le ventilateur. En mode de roulage, on pourra chauffer le fluide traversant le radiateur de chauffage en faisant circuler le fluide en série dans la branche de sources thermiques et dans la branche de chauffage, en alimentant le ventilateur, sans alimenter la résistance. En mode de roulage, on pourra aussi repérer des conditions de 30 déchargement de la batterie thermique et chauffer le fluide traversant le radiateur de chauffage en faisant circuler le fluide en série dans la branche de sources thermiques et dans la branche de chauffage, en alimentant le ventilateur et la résistance. Le dispositif de chauffage selon l'invention pourra être configuré pour permettre une mise en oeuvre de tout ou partie du procédé de chauffage évoqué ci-dessus. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter, accompagnée des dessins joints parmi lesquels : - la figure 1 illustre de façon schématique un mode de réalisation du ~o dispositif selon l'invention, dans un premier mode de fonctionnement, - la figure 2 illustre de façon schématique le dispositif de la figure 1, dans un second mode de fonctionnement, la figure 3 illustre de façon schématique le dispositif de la figure 1, dans un troisième mode de fonctionnement, 15 - la figure 4 illustre de façon schématique le dispositif de la figure 1, dans un quatrième mode de fonctionnement. Comme illustré aux figures 1 à 4, le dispositif de chauffage conforme à l'invention comprend des moyens 1 pour chauffer un fluide caloporteur, par 20 exemple de l'eau additionnée de glycol, à partir d'au moins une source de courant électrique, non représentée, et une batterie thermique 2. De plus, ledit dispositif est configuré pour permettre, lors de certaines phases, un chauffage dudit fluide caloporteur par lesdits moyens pour chauffer le fluide caloporteur et un stockage de chaleur depuis ledit fluide 25 caloporteur dans ladite batterie, comme cela est illustré aux figures 1 et 2, et, lors d'autres phases, une restitution de chaleur de ladite batterie vers ledit fluide caloporteur, comme cela est illustré aux figures 3 et 4. Par « moyens pour chauffer », on entend, par exemple, que la fonction principale, voir unique, desdits moyens est de chauffer le fluide 30 caloporteur et qu'il ne s'agit pas d'organes électriques, tels que, moteur ou composants électroniques, ayant une fonction utile différente de celle de 6 dissiper de la chaleur dans ledit fluide caloporteur. Lesdits moyens pour chauffer le fluide caloporteur sont ainsi constitués, par exemple, d'une résistance électrique, ledit dispositif étant configuré pour que ladite résistance soit traversée par ledit fluide caloporteur. Quant à la batterie thermique, il pourra s'agir d'une batterie à chaleur latente. Une telle batterie est configurée pour pouvoir être traversé par le fluide caloporteur. Elle est en outre munie d'un matériau à changement de phase (MCP), encapsulé dans la batterie de façon à ce qu'un échange de chaleur puisse avoir lieu entre le MCP et le fluide caloporteur. Le MCP est choisi de façon à ce que, lorsque la batterie est traversée par le liquide caloporteur prévu suffisamment chaud, c'est-à-dire à une température supérieure à la température de solidification du MCP, celui-ci fond et par conséquent emmagasine de la chaleur par changement de phase solide-liquide. L'énergie latente emmagasinée pourra alors être déstockée en faisant circuler dans la batterie le liquide caloporteur, prévu à une température inférieure à la température de fusion du MCP. Le dispositif pourra aussi comprendre un radiateur de chauffage 3, apte à être traversé par ledit fluide caloporteur et par un fluide à réchauffer, notamment un flux d'air, ledit radiateur permettant de réaliser un échange de chaleur entre ledit fluide à réchauffer et ledit fluide caloporteur. Il pourra s'agir, par exemple, d'un échangeur du type tubes - intercalaires, c'est-à-dire, comprenant un faisceau de tubes parallèles parcourus par ledit fluide caloporteur, lesdits tubes étant reliés par leur extrémité à des boîtes collectrices présentant une entrée et une sortie pour le fluide caloporteur. Des intercalaires sont prévus entre les tubes et sont traversés par le flux d'air. Ledit dispositif pourra être placé dans un boîtier d'un système de conditionnement d'air, non-représenté, avec un ventilateur ou pulseur 9, permettant de forcer un flux d'air à travers ledit échangeur. Selon l'exemple de réalisation illustré, ledit dispositif selon comprend trois branches de circulation dudit fluide caloporteur. La première branche 4, dite de sources thermiques, comprend en série les moyens pour chauffer ledit fluide caloporteur 1 et la batterie thermique 2. Elle pourra aussi comprendre une pompe 5 de circulation dudit fluide caloporteur, par exemple montée en série avec les moyens pour chauffer le fluide caloporteur 1 et la batterie 2. La seconde branche 6, dite de chauffage, comprend ledit radiateur de chauffage 3. Ledit dispositif comprend en outre des moyens 7 de contrôle de la circulation du fluide dans chacune desdites branches permettant, de façon sélective : - une circulation du fluide en série dans la troisième branche 8, dite de charge, et dans la branche 4 de sources thermiques, - une circulation en série dans la branche 4 de sources thermiques et dans la branche de chauffage 6. Il pourra s'agir, par exemple, d'une vanne trois voies, chacune desdites branches étant reliée à l'une des voies de la vanne trois voies par l'une de leur extrémité 4a, 6a, 8a. Lesdites branches 4, 6, 8 sont par ailleurs reliées entre elles au niveau d'un point commun 10 placé à l'autre de leur extrémité 4b, 6b, 8b. Ledit dispositif est configuré pour permettre la mise en oeuvre, totale ou partielle, du procédé conforme à l'invention dont la description suit. Selon ce dernier, comme déjà dit, lors de certaines phases, on stocke de la chaleur depuis ledit fluide caloporteur dans ladite batterie 2 en chauffant ledit fluide caloporteur par lesdits moyens 1 pour chauffer le fluide caloporteur, comme cela est illustré aux figures 1 et 2. Lors d'autres phases, on chauffe le fluide caloporteur par une restitution de chaleur de ladite batterie 2 vers ledit fluide caloporteur, comme cela est illustré aux figures 3 et 4. Lors des phases de chauffage dudit fluide caloporteur par lesdits moyens 1 pour chauffer le fluide caloporteur, on pourra obtenir un réchauffement du flux d'air traversant le radiateur en faisant circuler le fluide caloporteur à travers lesdits moyens 1 pour chauffer ledit fluide caloporteur et à travers ledit radiateur 3, comme illustré aux figures 2 et 4. Lors des phases de restitution de la chaleur par ladite batterie thermique 2, on pourra obtenir un réchauffement du flux d'air en faisant circuler le fluide caloporteur à travers ladite batterie 2 et ledit radiateur 3, comme cela est illustré aux figures 3 et 4. On dispose ainsi de trois modes pour obtenir un réchauffement de l'air traversant le radiateur 3. Par ailleurs, selon un mode de réalisation de l'invention, on repère un mode dans lequel le véhicule est connecté à un réseau électrique domestique, dit mode d'arrêt, et un mode dans lequel le système d'entraînement du véhicule est actif, dit mode de roulage. Et, en cas de repérage dudit mode d'arrêt, on alimente lesdits moyens 1 pour chauffer ledit fluide caloporteur à partir dudit réseau électrique domestique, comme cela est illustré aux figures 1 et 2. Par réseau électrique domestique, on entend, par exemple, le réseau électrique basse tension d'un domicile ou d'une station de charge telle qu'un réseau électrique alternatif triphasé offrant un courant électrique de 220V à 240V, à 50 ou 60 Hz, entre phase et neutre. A l'inverse, en mode de roulage, on alimentera lesdits moyens 1 pour chauffer ledit fluide caloporteur à partir d'une source de courant du véhicule, notamment une source de courant du système d'entrainement du véhicule. Il pourra s'agir d'un réseau électrique haute tension du véhicule, tel qu'un réseau offrant un courant continu de 400 V, reliant la machine électrique d'entrainement du véhicule à des batteries, dite de traction. Il pourrait aussi s'agir d'un réseau basse tension du véhicule, tel qu'un réseau offrant un courant continu de 12V, servant à alimenter différents organes électriques du véhicule depuis une batterie basse tension. D'une façon plus générale, en mode d'arrêt les différents équipements électriques du dispositif de chauffage selon l'invention, tels que la pompe 5 et/ou le ventilateur 9, pourront être alimentés par ladite source de courant domestique tandis que, en mode de roulage, ils seront alimentés par ladite source de courant du véhicule. De façon plus détaillé, comme illustré à la figure 1, en mode d'arrêt, on pourra tout d'abord charger la batterie thermique 2 en faisant circuler le fluide en série dans la branche de charge 8 et dans la branche de sources thermiques 4, notamment par la vanne trois voies 7 dont les voies reliées aux dites branches 4, 8 sont prévues ouvertes tandis que la voie de ladite vanne 7, reliée à la branche de chauffage 6, est fermée. Et on alimente la résistance 1 par la source de courant domestique, sans alimenter le ventilateur 2. La ~o pompe 5 est elle aussi alimentée par la source de courant domestique. Toujours en mode d'arrêt, comme illustré à la figure 2, on pourra ensuite, si désiré, chauffer le fluide traversant le radiateur de chauffage 3 en faisant circuler le fluide en série dans la branche 4 de sources thermiques et dans la branche 6 de chauffage, notamment par la vanne trois voies 7 dont 15 les voies reliées aux dites branches 4, 6 sont prévues ouvertes tandis que la voie de ladite vanne 7, reliée à la branche de charge 8, est fermée. Et on alimente la résistance 1 et la pompe 5 ainsi que le ventilateur 9 à partir de ladite source de courant domestique. On peut ainsi réaliser un pré chauffage du véhicule, sans décharger ni ses batteries électriques ni la batterie 20 thermique. De même, en mode de roulage, comme illustré à la figure 3, on pourra obtenir un chauffage de l'habitacle en chauffant le fluide traversant le radiateur de chauffage 3 grâce à une circulation du fluide caloporteur dans la branche de sources thermiques 4 et dans la branche de chauffage 6, 25 notamment par la vanne trois voies 7 dont les voies reliées aux dites branches 4, 6 sont prévues ouvertes tandis que la voie de ladite vanne 7, reliée à la branche de charge 8, est fermée. Et on alimente la pompe 5 ainsi que, éventuellement, le ventilateur 9, sans alimenter la résistance 1. On minimise ainsi le courant pris sur les batteries électriques en se servant de la restitution 30 de chaleur réalisé par la batterie thermique 2. Toujours en mode de roulage, on pourra repérer des conditions de déchargement de la batterie thermique 2 et chauffer le fluide traversant le radiateur de chauffage 3 en faisant circuler le fluide en série dans la branche de sources thermiques 4 et dans la branche de chauffage 6, notamment par la vanne trois voies 7 dont les voies reliées aux dites branches 4, 6 sont prévues ouvertes tandis que la voie de ladite vanne 7, reliée à la branche de charge 8, est fermée. Et on alimente la pompe 5 et la résistance 1 ainsi que, éventuellement, le ventilateur 9. On peut ainsi, en particulier si la demande de chauffage se prolonge et si l'état de charge des batteries électriques du véhicules le permet, prolonger le réchauffement de l'air, même si les batteries thermiques n'ont plus ou peu de chaleur à restituer. REVENDICATIONS1. Dispositif de chauffage d'un véhicule automobile à système d'entrainement partiellement ou totalement électrique caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens 1 pour chauffer un fluide caloporteur, à partir d'au moins une source de courant électrique, et une batterie thermique (2), ledit dispositif étant configuré pour permettre, lors de certaines phases, un chauffage dudit fluide caloporteur par lesdits moyens (1) pour chauffer le fluide caloporteur et un stockage de chaleur depuis ledit fluide caloporteur dans ladite batterie (2) et, lors d'autres phases, une restitution de chaleur de ladite batterie (2) vers ledit fluide caloporteur. 2. Dispositif selon la revendication 1 comprenant en outre un radiateur de chauffage (3), apte à être traversé par ledit fluide caloporteur et par un fluide à réchauffer, ledit radiateur (3) permettant de réaliser un échange de chaleur entre ledit fluide à réchauffer et ledit fluide caloporteur. 3. Dispositif selon la revendication 2 comprenant trois branches de circulation dudit fluide caloporteur parmi lesquelles : - la première branche (4) , dite de sources thermiques, comprend en série les moyens (1) pour chauffer ledit fluide caloporteur et la batterie thermique (2), - la seconde branche (6), dite de chauffage, comprend ledit radiateur de chauffage (3), - la troisième branche (8) est dite de charge. 4. Dispositif selon la revendication 3 comprenant des moyens (7) de contrôle de la circulation du fluide dans chacune desdites branches (4, 6, 8) permettant, de façon sélective : - une circulation du fluide en série dans la branche de charge (8) et dans la branche de sources thermiques (4), - une circulation en série dans la branche de sources thermiques (4) et dans la branche de chauffage (6). 11 5. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel lesdits moyens (7) de contrôle sont constitués d'une vanne trois voies, chacune desdites branches (4, 6, 8) étant reliée à l'une des voies de la vanne trois voies par l'une de leur extrémité. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel lesdits moyens (1) pour chauffer le fluide caloporteur sont constitués d'une résistance électrique et/ou ladite batterie thermique (2) est une batterie à chaleur latente. 7. Procédé de chauffage d'un véhicule automobile à système de traction partiellement ou totalement électrique, caractérisé en ce que : - l'on prévoit des moyens (1) pour chauffer un fluide caloporteur, à partir d'au moins une source de courant électrique, et une batterie thermique (2), - lors de certaines phases, on stocke de la chaleur depuis ledit fluide caloporteur dans ladite batterie (2) en chauffant ledit fluide caloporteur par lesdits moyens (1) pour chauffer le fluide caloporteur, - lors d'autres phases, on chauffe le fluide caloporteur par une restitution de chaleur de ladite batterie (2) vers ledit fluide caloporteur. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel : - on prévoit un radiateur de chauffage (3), apte à être traversé par ledit fluide caloporteur et un fluide à réchauffer, ledit radiateur (3) permettant de réaliser un échange de chaleur entre ledit fluide à réchauffer et ledit fluide caloporteur, - lors des phases de chauffage dudit fluide caloporteur par lesdits moyens pour chauffer le fluide caloporteur, on fait circuler le fluide caloporteur à travers lesdits moyens (1) pour chauffer ledit fluide caloporteur et à travers ledit radiateur (3), - lors des phases de restitution de la chaleur par ladite batterie thermique (2), on fait circuler du fluide caloporteur à travers ladite batterie (2) et ledit radiateur (3). 9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel :- on repère un mode dans lequel le véhicule est connecté à un réseau électrique domestique, dit mode d'arrêt, et un mode dans lequel le système d'entraînement du véhicule est actif, dit mode de roulage, - en cas de repérage dudit mode d'arrêt, on alimente lesdits moyens (1) pour chauffer ledit fluide caloporteur à partir dudit réseau électrique domestique. 10. Procédé selon la revendication 9 dans lequel, lesdits moyens (1) pour chauffer ledit fluide étant constitués d'une résistance électrique, on prévoit : - trois branches de circulation dudit fluide parmi lesquelles, - la première branche (4), dite de sources thermiques, comprend en série la résistance électrique (1) et la batterie thermique (2), - la seconde branche (6), dite de chauffage, comprend ledit radiateur de chauffage (3), - la troisième branche (8) est dite de charge, - une pompe électrique (5) de circulation du fluide caloporteur dans lesdites branches, - un ventilateur électrique (9) permettant de forcer la circulation du flux d'air à travers ledit radiateur (3). 11. Procédé selon la revendication 10 dans lequel, en mode d'arrêt, on charge la batterie thermique (2) en faisant circuler le fluide en série dans la branche de charge (4) et dans la branche de sources thermiques (8), en alimentant la résistance (1), sans alimenter le ventilateur (9). 12. Procédé selon la revendication 10 ou 11 dans lequel, en mode d'arrêt, on chauffe le fluide traversant le radiateur de chauffage (3) en faisant circuler le fluide en série dans la branche de sources thermiques (4) et dans la branche de chauffage (6), en alimentant la résistance (1) et le ventilateur (9). 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12 dans lequel, en mode de roulage, on chauffe le fluide traversant le radiateur de chauffage (3) en faisant circuler le fluide en série dans la branche de sourcesthermiques (4) et dans la branche de chauffage (6), en alimentant le ventilateur (9), sans alimenter la résistance (1). 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 13 dans lequel, en mode de roulage, on repère des conditions de déchargement de la batterie thermique et on chauffe le fluide traversant le radiateur de chauffage (3) en faisant circuler le fluide en série dans la branche de sources thermiques (4) et dans la branche de chauffage (6), en alimentant le ventilateur (9) et la résistance (1). 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 configuré pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 14.15