Brevet FR3064537A1 — publié le 20181005

DISPOSITIF DE GESTI ON DE LA TEMPERATURE DE L'AI R DANS UN HABI TACLE DE VEHI CULE ELECTRI QUE L'invention se rapporte à un dispositif de gestion de la température de 5 l'air dans un habitacle de véhicule électrique. Pour gérer le confort thermique dans un habitacle automobile possédant un moteur thermique, les véhicules sont équipés d'un composant appelé climatiseur ou « HVAC » (de l'anglais Heating, Ventilation, and AirConditioning) en général situé sous une planche de bord du véhicule. 10 Il s'agit d'une pièce plastique comportant en général : Un dispositif d'entrée d'air avec un volet pouvant être commandé, qui permet l'admission de l'air provenant de l'extérieur, ou bien l'admission de l'air intérieur de l'habitacle appelé entrée d'air recyclée, Un ventilateur permettant le fonctionnant en air pulsé du système, 15 Un échangeur « froid » de température permettant de refroidir l'air provenant du dispositif d'entrée d'air, en général appelé « évaporateur », si cet échangeur est traversé par un fluide réfrigérant de climatisation, Un échangeur « chaud » de température en général appelé aérotherme, 20 de température permettant de réchauffer l'air provenant en général de l'échangeur froid évaporateur. Ce fonctionnement est appelé « reheat », car il consiste à réchauffer de l'air préalablement refroidi ou non. Cet échangeur chaud est traversé par l'eau de refroidissement du moteur thermique. Il permet d'apporter les calories produites par le 25 moteur et de les utiliser pour le chauffage du véhicule, Un volet de mixage de température qui permet de mélanger l'air provenant de l'échangeur froid et l'air provenant de l'échangeur chaud. Le but du mélange de température, c'est d'assurer une température idéale d'air soufflé pour assurer le confort thermique dans l'habitacle de 30 l'automobile. Pour que le mélange soit assuré correctement, il faut que la position des échangeurs « chaud » et « froid » soit étudié, et il faut aussi en sortie de la zone de mélange un espace appelé « chambre de mixage » pour permettre une homogénéité contrôlée de cet air. 3064537 2 L'air mélangé est ensuite dirigé vers les différentes sorties du climatiseur, comprenant généralement les sorties vers les pieds des occupants, la sortie vers la bouche de désembuage du pare-brise en haut de planche et les sorties vers les aérateurs permettant en général le rafraichissement des occupants. Ces sorties sont en général équipées de volets qui permettent de gérer au mieux selon les conditions extérieures, la répartition d'air aux différentes sorties. Or, un véhicule électrique ne possède pas de circuit de refroidissement du moteur, basé sur une circulation d'un liquide de refroidissement. Par 10 conséquent, pour de tels véhicules électriques, le HVAC ne peut notamment pas assurer la composante « échangeur chaud » fondée sur cette circulation. Un dispositif de gestion de la température de l'air dans l'habitacle d'un véhicule selon l'invention, est particulièrement adapté aux véhicules électriques ne disposant pas d'un circuit de refroidissement fondé sur une 15 circulation d'un fluide de refroidissement. L'invention a pour objet un dispositif de gestion de la température de l'air dans un habitacle de véhicule électrique comprenant un réseau haute tension, un circuit de climatisation, un équipement apte à refroidir l'air et un équipement apte à chauffer l'air avant qu'il ne soit diffusé dans ledit habitacle. 20 La principale caractéristique d'un dispositif de gestion selon l'invention, est que l'équipement apte à refroidir l'air et l'équipement apte à chauffer l'air sont dissociés et sont pilotés indépendamment l'un de l'autre. De cette manière, chaque équipement peut être piloté de façon autonome sans tenir compte de l'état de fonctionnement de l'autre équipement, de manière à 25 obtenir un air dans l'habitacle à la température voulue. Le fait d'être autonomes et de pouvoir être pilotés indépendamment l'un de l'autre, signifie qu'il n'existe aucune interaction entre les deux équipements permettant notamment de mélanger un air chaud avec un air froid pour obtenir un air final à la température voulue. Il en résulte une suppression du volet de mixage 30 et de la chambre de mixage qui servaient à assurer le mélange de l'air chaud avec de l'air froid, s'accompagnant d'une réduction importante du volume 3064537 3 d'occupation du dispositif de gestion de la température de l'air de l'habitacle. Un dispositif de gestion de la température selon l'invention, engendre ainsi un gain de place important au sein du véhicule permettant de libérer des espaces pour d'autres fonctions. Préférentiellement, chaque équipement fonctionne 5 avec une source énergétique d'origine électrique, qui est déjà présente dans un véhicule électrique, permettant de s'affranchir de la mise en oeuvre d'une source énergétique spécifique, spécialement dédiée à ces équipements. Avantageusement, l'équipement apte à refroidir l'air comporte un compresseur électrique alimenté par le réseau haute tension, la vitesse de rotation dudit compresseur étant pilotée de manière à l'adapter au besoin thermique dans l'habitacle à un instant donné. Autrement dit, la vitesse de rotation du compresseur est variable et peut être ajustée pour obtenir le niveau de froid escompté. De façon préférentielle, l'équipement apte à chauffer l'air comporte un 15 radiateur électrique à résistance. Un tel radiateur fonctionne à l'électricité, qui est déjà présente dans un véhicule électrique. Préférentiellement, la résistance possède un coefficient de température positif. Selon un autre mode de réalisation préféré d'un dispositif selon 20 l'invention, l'équipement apte à chauffer l'air comporte un condenseur à la place d'un aérotherme si le circuit de climatisation est réversible, ledit équipement étant alors assimilable à une pompe à chaleur. Selon un autre mode de réalisation préféré d'un dispositif selon l'invention, l'équipement apte chauffer l'air comprend un aérotherme constitué 25 par un échangeur eau glycolée/air, ledit dispositif comprenant une résistance électrique apte à chauffer ladite eau, un débit d'eau étant alors crée à l'aide d'une pompe de circulation. Selon un autre mode de réalisation préféré d'un dispositif selon l'invention, un dispositif de gestion de la température selon l'invention 3064537 4 comprend un aérotherme constitué par un échangeur eau glycolée/air, ledit dispositif comprenant un échangeur réfrigérant/eau sous la forme d'un condenseur à eau si le circuit de climatisation est réversible. Préférentiellement, un dispositif de gestion de la température selon 5 l'invention, comprend une source de pilotage purement électrique au moyen d'un module de pilotage à base d'au moins un transistor de type IGBT (de l'anglais Insulated Gate Bipolar Transistor). De façon avantageuse, un dispositif de gestion de la température selon l'invention, comprend des sources de pilotage de types thermodynamiques. 10 Avantageusement, un dispositif de gestion de la température selon l'invention, comprend deux échangeurs placés côte à côte, l'un étant apte à produire du froid et l'autre étant apte à produire du chaud. Un dispositif de gestion de la température de l'air dans un habitacle de véhicule électrique selon l'invention, présente l'avantage d'être d'un encombrement réduit par rapport aux dispositifs actuellement en vigueur et impliquant un volet de mixage et une chambre de mixage. Il a de plus l'avantage d'être souple d'utilisation, car l'équipement apte à fournir du froid et l'équipement apte à fournir du chaud sont pilotés de façon indépendante et peuvent donc concourir à produire un air final ayant une température variable. Un dispositif de gestion selon l'invention présente enfin l'avantage d'être mieux contrôlé en raison de la suppression du volet de mixage, qui réclamait une certaine précision de placement. On donne ci-après, une description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un dispositif de gestion de la température de l'air dans un habitacle 25 de véhicule électrique, en se référant aux figures suivantes : La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif de gestion de la température de l'air dans un habitacle de véhicule selon l'état de la technique, 3064537 5 - La figure 2A est une vue schématique de côté d'un premier mode de fonctionnement d'un dispositif selon l'invention, - La figure 2B une vue schématique de côté d'un deuxième mode de fonctionnement d'un dispositif selon l'invention. 5 En se référant à la figure 1, un boitier de climatisation 1 ou HVAC d'un véhicule automobile doté d'un moteur thermique, comprend schématiquement une entrée 2 d'air frais, un ventilateur 11, un évaporateur 3, un volet de mixage 4, un aérotherme 5, une chambre de mixage 6 et des sorties 7, 8, d'air à la température voulue, par exemple vers les pieds des occupants du 10 véhicule et/ou vers un pare-brise dudit véhicule. Le volet de mixage 4 est placé en amont de l'aérotherme 5, et permet de distribuer l'air vers la chambre de mixage 6 en fonction des besoins du moment. En effet, ce volet 4 peut adopter une première position extrême pour laquelle il permet à l'intégralité de l'air incident issu de l'évaporateur 3 de transiter par 15 l'aérotherme 5, permettant à l'air se retrouvant dans la chambre de mixage 6 d'être réchauffé. Il peut également adopter une deuxième position extrême pour laquelle il permet à l'intégralité de l'air incident issu de l'évaporateur 3 d'éviter l'aérotherme, permettant à l'air se retrouvant dans la chambre de mixage 6 d'être à la même température que celle de l'air issu de l'évaporateur 20 3. Le volet 4 peut enfin se placer dans au moins une position intermédiaire située entre ces deux positions extrêmes, pour permettre le passage d'un premier flux d'air 9 ayant transité par l'aérotherme 5 et d'un deuxième flux d'air direct 10 évitant ledit aérotherme 5. Ainsi, lorsque le volet de mixage 4 adopte une position intermédiaire, la chambre de mixage 6 reçoit le premier et le deuxième flux 7, 8 d'air qui se mélangent avant d'être diffusé vers les sorties 7, 8 d'air. Un tel boitier de climatisation 1 est encombrant en raison de la présence du volet de mixage 4 et de la chambre de mixage 6. Il requiert de plus un contrôle précis de la position du volet de mixage 4 qui complexifie sa structure et son fonctionnement. Un dispositif de gestion de la température de l'air dans un habitacle de véhicule électrique selon l'invention permet de contrôler la température de l'air 3064537 6 injecté dans l'habitacle, tout en s'affranchissant de la présence du volet de mixage 4 et de la chambre de mixage 6. Ce dispositif de gestion comprend un équipement 15 apte à refroidir l'air avant qu'il ne soit diffusé dans l'habitacle et un équipement 16 apte à 5 réchauffer l'air avant qu'il ne soit diffusé dans l'habitacle. La particularité de ce dispositif est que lesdits deux équipements 15, 16 sont dissociés et sont pilotés indépendamment l'un de l'autre. Autrement dit, l'état de fonctionnement de l'un des deux équipements 15, 16 ne dépend pas de l'état de fonctionnement de l'autre équipement 15, 16. Ces deux équipements 15, 10 16 sont mis en fonctionnement uniquement pour atteindre une température cible de l'air et sont actionnés séparément pour atteindre cet objectif. Puisque dans un véhicule électrique, le circuit de climatisation ne peut plus bénéficier du circuit de refroidissement fondé sur une circulation d'un fluide de refroidissement pour refroidir un moteur thermique, chaque équipement 15, 15 16 possède sa propre source énergétique, préférentiellement électrique et/ou thermodynamique. De cette manière, l'équipement 15 apte à refroidir l'air comporte un compresseur électrique alimenté par le réseau haute tension du véhicule électrique et dont la vitesse de rotation est pilotée de manière à l'adapter au 20 besoin thermique dans l'habitacle, à un instant donné. Autrement dit, la vitesse de rotation du compresseur est variable et peut être ajustée pour obtenir le niveau de froid escompté. Selon un premier mode de réalisation préféré d'un procédé de gestion selon l'invention, l'équipement 16 apte à réchauffer l'air comporte un radiateur 25 électrique à résistance. Un tel radiateur fonctionne à l'électricité, qui est déjà présente dans un véhicule électrique. Pour des raisons de sécurité, la résistance possède un coefficient de température positif. Selon un autre mode de réalisation préféré d'un procédé de gestion selon l'invention, l'équipement 16 apte à chauffer l'air comporte un 3064537 7 condenseur à la place de l'aérotherme, si le circuit de climatisation est réversible, ledit équipement étant alors assimilable à une pompe à chaleur. Selon un autre mode de réalisation préféré d'un procédé de gestion selon l'invention, l'équipement 16 apte à chauffer l'air comprend un 5 aérotherme constitué par un échangeur eau glycolée/air, ledit équipement comprenant en outre une résistance électrique apte à chauffer ladite eau, un débit d'eau étant alors crée à l'aide d'une pompe de circulation. Selon un autre mode de réalisation préféré d'un procédé de gestion selon l'invention, l'équipement apte à chauffer l'air comprend un aérotherme 10 constitué par un échangeur eau glycolée/air, ledit équipement comprenant un échangeur réfrigérant/eau sous la forme d'un condenseur à eau si le circuit de climatisation est réversible. Lorsque l'équipement 16 apte à chauffer l'air met en oeuvre une résistance électrique ou un radiateur électrique, un dispositif de gestion selon 15 l'invention comprend une source de pilotage purement électrique au moyen d'un module de pilotage à base d'au moins un transistor de type IGBT. Lorsque l'équipement 16 apte à chauffer l'air implique un condenseur ou un échangeur, un dispositif de gestion selon l'invention comprend des sources de pilotage de type thermodynamiques. 20 Comme la puissance de chauffage et la puissance de production de froid peuvent être contrôlées indépendamment et finement, il n'est plus nécessaire d'avoir dans les HVAC de volet de mixage 4, ni de chambre de mixage 6. Pour résumé, il suffit donc juste d'avoir dans un HVAC pour véhicule 25 électrique, deux échangeurs 15, 16 côte à côte, l'un 15 dédié au froid, et l'autre 16 dédié au chaud. 2 configurations d'utilisation sont alors possibles : 3064537 8 En se référant à la figure 2A, lorsqu'il est recherché de produire de l'air froid, l'air chaud en provenance de l'extérieur du véhicule ou de l'intérieur de l'habitacle, passe à travers l'échangeur 15 de refroidissement, l'échangeur 16 de chauffage étant désactivé, En se référant à la figure 2B, lorsqu'il est recherché de produire de l'air chaud, l'air froid en provenance de l'extérieur du véhicule ou de l'intérieur de l'habitacle, passe à travers l'échangeur 16 de chauffage, l'échangeur 15 de refroidissement étant désactivé. REVENDICATIONS1. Dispositif de gestion de la température de l'air dans un habitacle de véhicule électrique comprenant un réseau haute tension, un circuit (1) de climatisation, un équipement (15) apte à refroidir l'air et un équipement (16) apte à chauffer l'air avant qu'il ne soit diffusé dans ledit habitacle, caractérisé en ce que l'équipement (15) apte à refroidir l'air et l'équipement (16) apte à chauffer l'air sont dissociés et sont pilotés indépendamment l'un de l'autre. 2. Dispositif de gestion de la température de l'air selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'équipement (15) apte à refroidir l'air comporte un compresseur électrique alimenté par le réseau haute tension, et en ce que la vitesse de rotation dudit compresseur est pilotée de manière à l'adapter au besoin thermique dans l'habitacle à un instant donné. 3. Dispositif de gestion de la température selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'équipement (16) apte à chauffer l'air comporte un radiateur électrique à résistance. 4. Dispositif de gestion de la température selon la revendication 3, caractérisé en ce que la résistance possède un coefficient de température positif. 5. Dispositif de gestion de la température selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'équipement (16) apte à chauffer l'air comporte un condenseur à la place d'un aérotherme si le circuit de climatisation (1) est réversible, ledit équipement (16) étant alors assimilable à une pompe à chaleur. 6. Dispositif de gestion de la température selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'équipement (16) apte à chauffer l'air comprend un aérotherme constitué par un échangeur eau glycolée/air, et en ce qu'il comprend une résistance électrique apte à 3064537 10 chauffer ladite eau, un débit d'eau étant alors crée à l'aide d'une pompe de circulation. 7. Dispositif de gestion de la température selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'équipement (16) apte à 5 chauffer l'air comprend un aérotherme constitué par un échangeur eau glycolée/air, et en ce qu'il comprend un échangeur réfrigérant/eau sous la forme d'un condenseur à eau si le circuit de climatisation (1) est réversible. 8. Dispositif de gestion de la température de l'air selon l'une quelconque 10 des revendications 3 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend une source de pilotage purement électrique au moyen d'un module de pilotage à base d'au moins un transistor de type IGBT. 9. Dispositif de gestion de la température de l'air selon l'une quelconque des revendications 5 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend des sources 15 de pilotage de type thermodynamiques. 10.Dispositif de gestion de la température de l'air selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend deux échangeurs (15, 16) placés côte à côte, l'un (15) étant apte à produire du froid et l'autre (16) étant apte à produire du chaud.