Brevet FR3012377A1 — publié le 20150501

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un système de refroi- dissement d'un véhicule électrique équipé d'un entraînement électrique et un moteur thermique. L'invention se rapporte également à un procé- dé de gestion d'un système de refroidissement d'un véhicule électrique. Etat de la technique Les véhicules électriques entraînés par un moteur élec- trique sont connus de manière générale. L'énergie électrique alimentant le moteur entraînant le véhicule est fournie de préférence par une batte- rie installée dans le véhicule. La batterie doit être régulièrement rechargée à l'arrêt du véhicule électrique à partir d'un réseau électrique externe. La capacité de la batterie pour accumuler l'énergie électrique nécessaire est toutefois limitée. Les véhicules électriques actuels dispo- sent en général d'une batterie offrant une autonomie de l'ordre de 50 km à 200 km avant qu'il soit nécessaire de recharger la batterie. Pour augmenter l'autonomie d'un véhicule électrique, on connaît les dispositifs d'extension d'autonomie. Il s'agit d'unités composées d'un moteur thermique et d'un générateur. De tels extenseurs d'autonomie permettent d'alimenter le véhicule électrique sur des tra- jets plus longs, grâce à l'unité composée du moteur thermique et du générateur pour lui fournir l'énergie électrique nécessaire à la recharge de la batterie ou pour alimenter directement le moteur électrique. Le document DE 10 2009 054 839 A 1 décrit un exten- seur d'autonomie comportant une unité moteur thermique-générateur de véhicule électrique, le générateur fournissant en sortie un courant alternatif qui est ensuite redressé. La tension du courant redressé est commandée par l'adaptation de la vitesse de rotation du générateur. Dans le cas d'un tel dispositif d'extension d'autonomie, le moteur thermique du module moteur thermique-générateur dégage de la chaleur pendant qu'il fonctionne. Cette chaleur doit être évacuée à l'environnement pour refroidir l'extenseur d'autonomie. Pour cela il faut un système de refroidissement approprié servant à refroidir l'extenseur d'autonomie.35 But de l'invention La présente invention a pour but de développer un sys- tème de refroidissement compact et efficace pour un véhicule électrique équipé d'un module composé d'un moteur thermique et d'un généra- teur. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention a pour objet un système de refroi- dissement de véhicule électrique équipé d'un entraînement électrique et un moteur thermique comprenant : - un premier circuit de refroidissement pour mettre en température l'entraînement électrique, - un second circuit de refroidissement pour mettre en température le moteur thermique, et - un échangeur de chaleur pour coupler thermiquement le premier circuit de refroidissement et le second circuit de refroidissement. L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un système de refroidissement de véhicule électrique comportant un entraînement électrique et un moteur thermique, ce procédé consistant à mettre en température l'entraînement électrique à l'aide d'un premier circuit de refroidissement, à régler la température du moteur thermique à l'aide d'un second circuit de refroidissement et coupler thermiquement le premier circuit de refroidissement au second circuit de refroidissement à l'aide d'un échangeur de chaleur. L'invention repose sur l'idée de base que les composants d'entraînement électrique d'un véhicule électrique et ceux du module moteur thermique-générateur d'un extenseur d'autonomie sont refroidis c'est-à-dire régulés en température à l'aide de circuits de refroidissement distincts. Deux circuits de refroidissement distincts sont couplés par un échangeur de chaleur. Ce couplage thermique des deux circuits de refroidissement par un échangeur de chaleur permet de tenir compte des différentes températures de fonctionnement des composants d'entraînement du véhicule électrique et de l'extenseur d'autonomie. Cette construction permet de réguler la température du moteur thermique à l'aide d'un simple thermostat. En outre, il est pos- Bible de réguler la température (mise en température) du moteur ther- mique pendant son arrêt avec la chaleur dégagée par les composants d'entraînement du système d'entraînement électrique et d'augmenter ainsi le rendement global et aussi la fiabilité du moteur thermique. Comme le circuit de refroidissement du moteur ther- mique évacue sa chaleur par l'échangeur de chaleur, d'abord vers le cir- cuit de refroidissement principal du système d'entraînement électrique, il n'est pas nécessaire que ce circuit de refroidissement du moteur thermique utilise un radiateur supplémentaire ou un composant analogue pour évacuer la chaleur vers l'environnement. Cela permet de ré- duire le nombre de composants nécessaires pour ce circuit de refroidissement aboutissant ainsi à un système de refroidissement compact et de construction économique. L'entraînement électrique et l'extenseur d'autonomie fonctionnent avec des circuits de refroidissement distinct, ce qui simpli- fie l'entretien de l'ensemble du système. A la fois le remplacement d'un extenseur d'autonomie défectueux par un nouvel extenseur d'autonomie et aussi le démontage complet de l'extenseur d'autonomie et la poursuite du fonctionnement du véhicule électrique sans cet extenseur d'autonomie sont particulièrement simples à réaliser. Selon un développement, le premier circuit de refroidis- sement est traversé par un premier liquide de refroidissement et le second circuit de refroidissement est traversé par un second liquide de refroidissement. Le premier liquide de refroidissement et/ou le second liquide de refroidissement sont de préférence de l'eau. Le cas échéant, on ajoute des additifs à cette eau par exemple pour la protection contre la corrosion ou augmenter le point d'ébullition de l'eau. D'autres milieux de refroidissement, notamment d'autres liquides de refroidissement sont également envisageables. Selon un développement, le premier circuit de refroidis- sement comporte en outre un dispositif d'évacuation de chaleur pour évacuer vers l'environnement, la chaleur du premier circuit de refroidissement. Ce dispositif d'évacuation de la chaleur est par exemple un échangeur de chaleur traversé par le liquide de refroidissement du premier circuit de refroidissement et qui évacue ainsi la chaleur vers l'environnement. Ce dispositif d'évacuation de la chaleur permet d'évacuer la chaleur du premier circuit de refroidissement directement vers l'environnement. De plus, ce dispositif d'évacuation de la chaleur fournit la chaleur dégagée par le moteur thermique vers l'environnement par l'étape intermédiaire constituée par l'échangeur de chaleur entre le premier et le second circuit de refroidissement. Le moteur thermique du module moteur thermique-générateur de l'extenseur d'autonomie peut ainsi être refroidi sans nécessiter de refroidissement distinct liquide-air dans le circuit de refroidissement du module-moteur-thermique-générateur. Cela permet de réduire le nombre de composants de l'extenseur d'autonomie et aussi de minimiser l'encombrement et le poids de cet extenseur. Selon un autre développement, l'invention a pour objet un véhicule électrique équipé d'un entraînement électrique, d'un moteur thermique et d'un système de refroidissement tels que définis ci-dessus. Selon un développement, le véhicule électrique comporte en outre un générateur couplé au moteur thermique pour fournir l'énergie électrique ainsi qu'une électronique de puissance pour convertir l'énergie électrique fournie par le générateur. En particulier, l'(électronique de puissance convertit l'énergie électrique du générateur pour charger la batterie de traction du véhicule électrique ou encore pour alimenter directement le système d'entraînement du véhicule électrique avec cette énergie électrique. Selon un développement, le premier circuit de refroidis- sement met en température (règle la température) du générateur et/ou de l'électronique de puissance. Ainsi, l'électronique de puissance du module moteur thermique-générateur peut être réchauffée ou refroidie directement par le premier circuit de refroidissement pour être mise à la température de fonctionnement appropriée. Selon une variante, le second circuit de refroidissement permet de mettre en température (réguler la température) du générateur et/ou de l'électronique de puissance. En intégrant le générateur et/ou l'électronique de puissance dans le second circuit de refroidissement qui refroidit également le moteur thermique de l'extenseur d'autonomie, il suffit ainsi d'une seule interface par l'échangeur de chaleur entre le module de moteur thermique-générateur et le premier circuit de refroi- dissement. Cela permet un couplage particulièrement simple entre le système de refroidissement du module moteur thermique-générateur et du système de refroidissement de l'entraînement électrique. Selon un développement, le premier circuit de refroidis- sement comporte en outre un dispositif de chauffage pour chauffer le liquide de refroidissement du premier circuit de refroidissement. Ce dispositif de chauffage est par exemple un chauffage électrique complémentaire. Le dispositif de chauffage complémentaire permet de chauffer très rapidement le premier circuit de refroidissement à sa tem- pérature de fonctionnement. Cela est particulièrement avantageux si le premier circuit de refroidissement est en même temps utilisé pour exemple pour chauffer l'habitacle si la température extérieure est fraîche. Le chauffage rapide du premier circuit de refroidissement permet ainsi de chauffer également très rapidement tous les composants de fonctionnement du véhicule électrique à leur température optimale de fonctionnement, ce qui améliore la durée de vie des composants et le rendement de l'ensemble du système. Selon un développement, l'échangeur de chaleur est ins- tallé en aval du dispositif de chauffage selon le sens de passage du li- guide de refroidissement. Ainsi, l'échangeur de chaleur participe particulièrement bien à la puissance de chauffage du dispositif de chauffage et la chaleur fournie par le dispositif de chauffage peut être utilisée d'une manière particulièrement efficace dans le second circuit de refroidissement pour réchauffer les composants. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un système de refroidissement de véhicule électrique représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma d'un système de refroidissement corres- pondant à un premier exemple de l'invention, la figure 2 est un schéma d'un second exemple de réalisation du système de refroidissement, la figure 3 est un schéma d'un troisième exemple de réalisation d'un système de refroidissement, la figure 4 est un schéma d'un procédé pour la mise en oeuvre de l'invention. Description d'exemples de réalisation de l'invention La figure 1 est un schéma d'un premier exemple de réali- sation d'un système de refroidissement selon l'invention. Ainsi, un pre- mier circuit de refroidissement assure le refroidissement des composants de l'entraînement électrique 11 et aussi celui des composants correspondants de l'électronique de puissance 12, associés par exemple de l'inverseur d'entraînement. Pour cela on pompe de préfé- rence un liquide de refroidissement à l'aide d'une pompe 13 dans le cir- cuit de refroidissement. Un dispositif d'évacuation de chaleur 14 permet d'évacuer vers l'environnement la chaleur dégagée par ce circuit de refroidissement 1 ; l'environnement est notamment l'air ambiant. A titre d'exemple, le dispositif d'évacuation de chaleur 14 est par exemple un échangeur de chaleur eau/air. D'autres dispositifs d'évacuation de cha- leur qui permettent d'évacuer la chaleur du premier circuit de refroidissement 1 vers l'environnement sont également possibles. On peut également intégrer un dispositif de chauffage 15 dans le premier circuit de refroidissement 1. Le dispositif de chauffage 15 est par exemple un dispositif de chauffage électrique. Ce dispositif de chauffage électrique comporte par exemple un dispositif de chauffage PTC comportant un fil chauffant ayant un coefficient positif de température. Le premier circuit de chauffage 1 peut également comporter d'autres dispositifs d'évacuation de chaleur 16 pour chauffer l'habitacle du véhicule. De façon préférentielle, cet autre dispositif d'évacuation de chaleur 16 est installé en aval du dispositif de chauffage 15 selon le sens de passage du liquide de refroidissement. Le premier circuit de chauffage 1 comporte en outre plusieurs vannes de commande 17 pour commander le passage du liquide de refroidissement dans le premier circuit de chauf- fage 1. Le système de refroidissement comporte en outre un second circuit de refroidissement 2. Ce circuit de refroidissement 2 assure notamment le refroidissement du moteur thermique 21 du module moteur thermique-générateur de l'extenseur d'autonomie. Un second li- guide de refroidissement par exemple de l'eau ou autre liquide de refroidissement est dans ce cas pompé par une pompe 22 dans le second circuit de refroidissement 2. La température dans ce second circuit de refroidissement 2 est commandée par une soupape thermostatique 27. Le second circuit de refroidissement 2 est couplé par un échangeur de chaleur 3 au premier circuit de refroidissement 1. Pour cela, l'échangeur de chaleur 3 comporte deux côtés de branchement. Un premier côté de branchement, par exemple le côté primaire de l'échangeur de chaleur 3, est relié au premier circuit de refroidissement 1. Le second côté de branchement par exemple le côté secondaire de l'échangeur de chaleur 3 est en outre relié au second circuit de chauf- fage 2. On a ainsi un couplage thermique entre le premier circuit de refroidissement 1 et le second circuit de refroidissement 2 sans que les liquides de refroidissement des deux circuits 1, 2 viennent en contact l'un avec l'autre. Comme le montre la figure 1, l'échangeur de chaleur 3 est installé entre les composants 11 et 12 du système d'entraînement électrique et du dispositif d'évacuation de chaleur 14 selon le sens de passage du liquide de refroidissement. Au cours d'une phase de réchauffage, on peut utiliser la chaleur dégagée par le système d'entraînement électrique pour chauffer le moteur thermique 21. Si en revanche le moteur thermique 21 est à la température de fonctionnement, on peut évacuer la chaleur dégagée par le moteur thermique 21 par cet échangeur de chaleur 3 vers le premier circuit de refroidissement 1 sans que cette chaleur dégagée chauffe de manière trop impor- tante les composants 11 et 12 du système d'entraînement électrique. Après que le liquide de refroidissement du premier circuit 1 ait fourni la chaleur dégagée du second circuit de refroidissement, le liquide de refroidissement traverse le dispositif d'évacuation de chaleur 14 dans lequel il est de nouveau refroidi avant que le fluide refroidi ne soit pompé vers les composants du système d'entraînement électrique. Si le premier circuit de refroidissement 1 doit également chauffer l'habitacle, l'échangeur de chaleur du premier circuit de refroidissement considéré dans le sens de passage du liquide de refroidissement sera installé en amont de l'autre dispositif d'évacuation de chaleur 16 pour chauffer l'habitable. Dans ce cas, la chaleur dégagée par le se- cond circuit de refroidissement peut servir en plus au chauffage de l'habitacle. Les autres composants de l'extenseur d'autonomie comme par exemple le générateur 23, l'électronique de puissance 24 etc. sont reliés au premier circuit de chauffage 1 dans l'exemple de réa- lisation de la figure 1. Le liquide de refroidissement du premier circuit est pompé par une pompe distincte 25 à travers ces composants supplémentaires 23 et 24 de l'extenseur d'autonomie. Comme le montre en outre la figure 1, les composants du système de batterie ont un système de refroidissement 4, distinct qui est couplé par un autre échangeur de chaleur 41 également au premier circuit de refroidissement 1. Ce circuit de refroidissement 4 comporte en outre un autre échangeur de chaleur 42 raccordé à une installation de climatisation ou à un dispositif de refroidissement approprié. Le liquide de refroidissement de ce circuit de refroidissement 4, distinct est pompé par une pompe 43 à travers le circuit de refroidissement 4 pour refroidir la batterie 44 et l'électronique de puissance 45 du système de batterie. Ce circuit de refroidissement 4, distinct dispose en outre de son propre dispositif d'évacuation de chaleur 46 qui permet d'évacuer vers l'environnement, la chaleur de l'autre circuit de refroidissement 4. La figure 2 montre une variante de réalisation d'un système de refroidissement. Cet exemple de réalisation est très largement identique au premier exemple de réalisation décrit à l'aide de la figure 1. L'exemple de la figure 2 diffère de celui de la figure 1 en ce que tous les composants de l'extenseur d'autonomie sont mis en température (régu- lés en température) par le second circuit de refroidissement 2. Le liquide de refroidissement du second circuit de refroidissement 2 est pompé à l'aide d'une pompe 22 dans le second circuit de refroidissement 2 pour refroidir ainsi le moteur thermique 21, l'électronique de puissance 24 et le générateur 23. Comme dans l'exemple de réalisation précédent, le se- cond circuit de refroidissement 2 est couplé thermiquement au premier circuit de refroidissement 1 par un échangeur de chaleur 3. Comme dans cet exemple de réalisation, l'électronique de puissance 24 et le générateur 23 de l'extenseur d'autonomie sont inté- grés dans le second circuit de refroidissement 2, il n'est pas nécessaire d'avoir une liaison supplémentaire entre l'extenseur d'autonomie et le premier circuit de refroidissement 1. Il existe ainsi qu'une seule interface thermique constituée par l'échangeur de chaleur 3 entre le premier circuit de refroidissement 1 et le second circuit de refroidissement 2. La mise en température des composants faisant partie de la branche asso- ciée au système de batterie se fait de manière analogue à l'exemple de réalisation de la figure 1, à l'aide d'un circuit de refroidissement 4 distinct. La figure 3 montre un autre montage d'un exemple de réalisation d'un système de refroidissement. L'exemple de réalisation de la figure 3 diffère de l'exemple de réalisation de la figure 1 en ce que l'échangeur de chaleur 3 est installé entre le second dispositif de chauffage 15 et le dispositif d'évacuation de chaleur 14 selon le sens de passage du premier liquide de refroidissement. Ainsi, en particulier au démarrage et pendant la phase de réchauffage du véhicule électrique, cela permet de fournir la chaleur dégagée par le dispositif de chauffage 15 directement par l'échangeur de chaleur 3 au second circuit de chauffage 2. Ainsi, le second circuit de refroidissement 2 pourra être réchauffé très rapidement pendant la phase de réchauffage. Le moteur thermique 21 de l'extenseur d'autonomie arrivera ainsi à sa tempéra- ture de fonctionnement appropriée, ce qui augmente le rendement du moteur thermique 21, réduit l'usure des composants ainsi préchauffés et augmente globalement la durée de vie. Bien que selon la figure 3, les autres composants de l'extenseur d'autonomie tels que le générateur 23 et l'électronique de puissance 24 soit couplés directement au premier circuit de refroidissement 1. Il est également possible de combiner l'exemple de réalisation de la figure 3 à celui de la figure 2. Dans ce cas, tous les composants de l'extenseur d'autonomie sont intégrés dans le second circuit de refroi- dissement 2 et l'échangeur de chaleur qui assure le couplage entre le premier circuit de refroidissement 1 et le second circuit de refroidissement 2 est également installé après le dispositif de chauffage 15 selon le sens de passage du liquide de refroidissement dans le premier circuit de refroidissement 1. La figure 4 est un ordinogramme très schématique d'un procédé 100 de gestion d'un système de refroidissement d'un véhicule électrique équipé d'un entraînement électrique 11 et d'un moteur thermique 21 selon un autre exemple de réalisation de l'invention. Dans l'étape 110 on met en température l'entraînement électrique 11 à l'aide d'un premier circuit de refroidissement 1. Suivant l'état de fonctionnement on refroidit ou on réchauffe l'entraînement électrique pour arriver à la température de fonctionnement requise. Dans l'étape 120 on met en température le moteur thermique 22 à l'aide d'un second circuit de refroidissement 2. Dans ce cas également, le moteur thermique et, le cas échéant, d'autres modules installés dans le circuit de refroidissement seront refroidis ou réchauffés selon l'état de fonctionnement. Dans l'étape 130 on couple thermiquement le premier circuit de refroidissement 1 et le second circuit de refroidissement 2 par un échangeur de chaleur 3. Ce couplage thermique permet de transmettre de manière dosée l'énergie calorifique entre le premier circuit de refroidissement 1 et le second circuit de refroidissement 2 de sorte que notamment le premier circuit de refroidissement 1 pourra fonctionner dans une plage de température différente de la plage de température du second circuit de refroidissement 2. En résumé, l'invention développe un concept de gestion thermique d'un véhicule électrique à l'aide d'un extenseur d'autonomie. Les composants du système d'entraînement électrique du véhicule électrique et au moins le moteur thermique d'un module moteur thermique- générateur de l'extenseur d'autonomie sont mis en température (régulés en température) par des circuits de refroidissement distincts. Le circuit de refroidissement de l'entraînement électrique et le circuit de refroidissement du moteur thermique sont couplés thermiquement l'un à l'autre par un échangeur de chaleur. Ainsi, d'une part, il n'y a qu'un dispositif de refroidissement commun pour évacuer la chaleur dégagée vers l'environnement. De plus, on peut également tenir compte des températures de fonctionnement, optimales, différentes entre le moteur thermique et le système d'entraînement électrique.35 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Circuit de refroidissement 11 Entraînement électrique 12 Electronique de puissance 13 Pompe de liquide de refroidissement 14 Dispositif d'évacuation de chaleur 15 Dispositif de chauffage 16 Dispositif d'évacuation de chaleur 17 Vanne de commande 2 Second circuit de refroidissement 21 Moteur thermique 22 Pompe 23 Générateur 24 Electronique de puissance 25 Pompe 3 Echangeur de chaleur 4 Système de refroidissement distinct 41 Echangeur de chaleur 42 Echangeur de chaleur 43 Pompe 44 Batterie 45 Electronique de puissance 46 Dispositif d'évacuation de chaleur 100 Procédé de gestion d'un système de refroidissement de véhicules électriques 110, 120, 130 Etapes du procédé 10035 REVENDICATIONS1°) Système de refroidissement de véhicule électrique équipé d'un entraînement électrique (11) et un moteur thermique (21) comprenant : - un premier circuit de refroidissement (1) pour mettre en température l'entraînement électrique (11), - un second circuit de refroidissement (2) pour mettre en température le moteur thermique (21), et - un échangeur de chaleur (3) pour coupler thermiquement le premier circuit de refroidissement (1) et le second circuit de refroidisse- ment (2). 2°) Système de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier circuit de refroidissement (1) est traversé par un premier li- guide de refroidissement et le second circuit de refroidissement (2) est traversé par un second liquide de refroidissement et le premier et/ou le second liquide de refroidissement sont de l'eau. 3°) Système de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier circuit de refroidissement comporte en outre un dispositif d'évacuation de chaleur (14) pour évacuer vers l'environnement, la chaleur du premier circuit de refroidissement (1). 4°) Véhicule électrique comportant : - un entraînement électrique (11), - un moteur thermique (21), et - un système de refroidissement, selon l'une des revendications 1 à 3. 5°) Véhicule électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' il comporte : - un générateur (23) couplé mécaniquement au moteur thermique (21) et fournissant de l'énergie électrique,- une électronique de puissance (24) transformant l'énergie électrique fournie par le générateur (23). 6°) Véhicule électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier circuit de refroidissement (1) assure en outre la mise en température du générateur (23) et/ou de l'électronique de puissance (24). 7°) Véhicule électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le second circuit de refroidissement (2) met en température le générateur (23) et/ou l'électronique de puissance (24). 8°) Véhicule électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier circuit de refroidissement (1) comporte un outre un dispositif de chauffage (15) pour chauffer le liquide de refroidissement du premier circuit de refroidissement (1). 9°) Véhicule électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le système de refroidissement comporte un échangeur de chaleur (8) couplant le premier circuit de refroidissement (1) et le second circuit de refroidissement (2), cet échangeur de chaleur étant installé en aval du dispositif de chauffage (16) selon le sens de passage du liquide de re- froidissement. 10°) Procédé (100) de gestion d'un système de refroidissement d'un véhicule électrique comportant un entraînement électrique (11) et un mo- teur thermique (21), procédé caractérisé par les étapes suivantes consistant à : - mettre en température (110) l'entraînement électrique (11) avec un premier circuit de refroidissement (1), - mettre en température (120) le moteur thermique (21) avec un se- cond circuit de refroidissement (2), et- coupler thermiquement (130) le premier circuit de refroidissement (1) au second circuit de refroidissement (2) par un échangeur de chaleur (3). 10