Brevet FR3092654A1 — publié le 20200814

Description Titre de l'invention : Dispositif de gestion thermique d'un véhicule automobile avec vanne à pression constante [0001] L'invention se rapporte au domaine des dispositifs de gestion thermique pour un véhicule automobile électrique ou hybride et plus particulièrement à un dispositif de gestion thermique configuré pour gérer aussi bien la température d'éléments tels que les batteries et le confort des occupants dans l'habitacle. [0002] Dans le domaine des véhicules électriques et hybrides, il est difficile de concilier la gestion conjointe (le la température d'éléments tels que les batteries, notamment leur refroidissement, et la température au sein de l'habitacle. Pour cette gestion thermique conjointe, il est connu d'utiliser un dispositif de gestion thermique comportant un circuit de fluide réfrigérant permettant notamment de refroidir les batteries tout en refroidissant et/ou réchauffant un flux d'air destiné à l'habitacle. Cependant, le refroidissement des batteries peut entraîner unc baisse de puissance du dispositif de gestion thermique de l'habitacle, ce qui fait que le flux d'air destiné à l'habitacle n'est pas correctement ou suffisamment refroidi et/ou réchauffé. [0003] Un des buts de la présente invention est de remédier au moins partiellement aux in- convénients de Fart antérieur et de proposer un dispositif de gestion thermique permettant unc gestion thermique conjointe améliorée des éléments tels que les batteries et de l'habitacle. [0004] La présente invention concerne donc un dispositif de gestion thermique d'un véhicule automobile, ledit dispositif de gestion thermique comportant un circuit de fluide réfrigérant dans lequel est destiné à circuler un fluide réfrigérant, ledit circuit de fluide réfrigérant comportant unc boude principale comprenant dans le sens de circulation du fluide réfrigérant un compresseur, un premier échangeur de chaleur, un premier dispositif de détente et un deuxième échangeur de chaleur, ledit circuit de fluide réfrigérant comportant en outre une première branche de dérivation configurée pour contourner le deuxième échangeur de chaleur, la première branche de dérivation comportant un troisième échangeur de chaleur, la première branche de dérivation comportant une première vanne à pression constante disposée en aval du troisième échangeur de chaleur. [0005] Selon un aspect de l'invention, la première branche de dérivation est disposée en aval du premier dispositif de détente. [0006] Selon un autre aspect de l'invention, la première branche de dérivation est disposée en amont du premier dispositif de détente et ladite première branche de dérivation comporte un deuxième dispositif de détente disposé en amont du troisième échangeur 2 de chaleur. [0007] Selon un autre aspect de l'invention, la première branche de dérivation comporte une première conduite de contournement de la première vanne à pression constante, ladite première conduite de contournement comprenant un moyen de redirection du fluide réfrigérant. [0008] Selon un autre aspect de l'invention, la boucle principale comporte, en aval du deuxième échangeur de chaleur, une deuxième vanne à pression constante. [0009] Selon un autre aspect de l'invention, le circuit de fluide réfrigérant comporte une deuxième conduite de contournement de la deuxième vanne à pression constante, ladite deuxième conduite de contournement comprenant un moyen de redirection du fluide réfrigérant. [0010] Selon un autre aspect de l'invention, la première vanne à pression constante est réglée de sorte que la température d'évaporation du fluide réfrigérant au sein du troisième échangeur de chaleur soit comprise entre 8 et 25°C. [0011] Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif de gestion thermique est configure selon un premier mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant en sortie du troisième échangeur de chaleur circule uniquement dans la première vanne à pression constante. [0012] Selon un autre aspect de l'invention, ledit dispositif de gestion thermique est configure selon un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant en sortie du troisième échangeur de chaleur circule à la fois dans la première vanne à pression constante et dans la première conduite de contournement. [0013] [fig.1] montre une représentation schématique d'un dispositif de gestion thermique selon un premier mode de réalisation, [0014] [fig.2] montre une représentation schématique d'un dispositif de gestion thermique selon un deuxième mode de réalisation, [0015] [fig.3] montre une représentation schématique d'un dispositif de gestion thermique selon un troisième mode de réalisation, [0016] [fig.4] montre une représentation schématique d'un dispositif de gestion thermique selon un quatrième mode de réalisation, [0017] [fig.5] montre une représentation schématique d'un dispositif de gestion thermique selon un cinquième mode de réalisation, [0018] [fig.6] montre une représentation schématique d'un dispositif de gestion thermique selon un sixième mode de réalisation, [0019] [fig.7] montre une représentation schématique d'un dispositif de gestion thermique selon un septième mode de réalisation. [0020] Sur les différentes figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. 3 [0021] Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d'autres réalisations. [0022] Dans la présente description, on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère, etc. Dans ce cas, il s'agit d'un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches, mais non identiques. Cette indexation n'implique pas une priorité d'un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchangcr de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n'implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tel critère. [0023] Dans la présente description, on entend par « placé en amont » qu'un élément est placé avant un autre par rapport au sens de circulation d'un fluide. A contrario, on entend par « placé en aval » qu'un élément est placé après un autre par rapport au sens de circulation du fluide. [0024] La figure 1 montre une représentation d'un dispositif de gestion thermique 1, notamment pour véhicule électrique ou hybride. Le dispositif de gestion thermique 1 illustré à la figure 1 est le dispositif le plus simple possible et comporte les éléments nécessaires au fonctionnement dans le cadre d'un circuit de climatisation afin de refroidir un flux d'air interne 100 à destination de l'habitacle. Le dispositif de gestion thermique 1 comprend ainsi un circuit de fluide réfrigérant comportant une boucle principale A dans laquelle un fluide réfrigérant est apte à circuler. Cette boucle principale A comporte, dans le sens de circulation du tluide réfrigérant : - un compresseur 3, - un premier échangeur de chaleur 5, ici un condenseur externe destiné à être traversé par un flux d'air externe 200, - un premier dispositif de détente 7, et - un deuxième échangeur de chaleur 9, ici un évaporateur destiné à être traversé par le flux d'air interne 100. [0025] Par flux d'air interne 100, on entend un flux d'air traversant un échangeur de chaleur (ici le deuxième échangeur de chaleur 9) disposé au sein un dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation (non représenté) et à destination de l'habitacle du véhicule automobile. Afin de créer le flux d'air intérieur 100, le dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation peut notamment comporter un ventilateur (non représenté). Par flux d'air externe 200, on entend un flux d'air externe au véhicule automobile traversant le premier échangeur de chaleur 5 notamment disposé en face avant du véhicule automobile. [0026] La boucle principale A peut également comporter un dispositif de séparation de phase 50, comme par exemple une bouteille dessiccante, disposé en amont du compresseur 3, entre le deuxième échangeur de chaleur 9 et ledit compresseur 3. [0027] Le circuit de fluide réfrigérant comporte en outre une première branche de dérivation B configurée pour contourner le deuxième échangeur de chaleur 9. La première branche de dérivation B comporte un troisième échangeur de chaleur 13. Ce troisième échangeur de chaleur 13 peut notamment être un deuxième évaporateur ou un échangeur de chaleur bifluidc permettant le refroidissement d'éléments tels que les batteries. Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 1, la première branche de dérivation B est disposée en aval du premier dispositif de détente 7. Plus précisément, la première branche de dérivation B relie un premier point de raccordement 31 et un deuxième point de raccordement 32. Le premier point de raccordement 31 est disposé en aval du premier dispositif de détente 7, entre ledit premier dispositif de détente 7 et le deuxième échangeur de chaleur 9. Le deuxième point de raccordement 32 est quant à lui disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur 9, entre ledit deuxième échangeur de chaleur 9 et le compresseur 3. Dans ce premier mode de réalisation, le circuit de fluide réfrigérant peut comporter des moyens de redirection du fluide réfrigérant, par exemple une vanne d'arrêt 50a notamment disposée sur la première branche de contournement B entre le premier point de raccordement 31 et le troisième échangeur de chaleur 13, et une autre vanne d'arrêt 50b disposée sur la boucle principale A entre le premier 31 et le deuxième 32 point de raccordement, par exemple en amont du deuxième échangeur de chaleur 9. Une alternative est également de disposé une vanne trois-voies (non représentée) au niveau du premier point de raccordement 31. Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 2, la première branche de dérivation B est disposée en amont du premier dispositif de détente 7. A l'instar du premier mode de réalisation, la première branche de dérivation B relie un premier 31 et un deuxième point de raccordement 32 à la différence que le premier point de raccordement 31 est disposé en amont du premier dispositif de détente 7, entre le premier échangeur de chaleur 5 et ledit premier dispositif de détente 7. Dans ce deuxième mode de réalisation, la première branche de dérivation B comporte un deuxième dispositif de détente 11 disposé en amont du troisième échangeur de chaleur 13, entre le premier point de raccordement 31 et ledit troisième échangeur de chaleur 13. Le premier 7 et le deuxième 11 dispositif de détente peuvent plus particulièrement être des dispositifs de détente comportant une fonction d'arrêt afin de commander la redirection du fluide réfrigérant vers le deuxième échangeur de chaleur 9 etiou vers la première branche de dérivation B. [0028] Comme le montrent les figures 1 et 2, la première branche de dérivation B comporte également une première vanne à pression constante 15 disposée en aval du troisième échangeur de chaleur 13. Plus précisément, cette première vanne à pression constante 15 est disposée entre le troisième échangeur de chaleur 13 et le deuxième point de raccordement 32. Cette première vanne à pression constante 15 régule la pression du fluide réfrigérant à une valeur supérieure ou égale à une pression prédéterminée. Cette première vanne à pression constante 15 permet ainsi d'avoir une pression du fluide réfrigérant dans le troisième échangeur de chaleur 13 dissociée de celle dans le deuxième échangeur de chaleur 9. Le contrôle de la pression du fluide réfrigérant au niveau d'un échangeur de chaleur permet de contrôler la température d'évaporation du fluide réfrigérant au niveau de cet échangeur de chaleur. Plus cette pression est haute, plus la température d'évaporation du fluide réfrigérant est élevée. Ainsi, si la pression du fluide réfrigérant est plus importante dans le troisième échangeur de chaleur 13 que dans le deuxième échangeur de chaleur 9, la puissance de refroidissement générée par le dispositif de gestion thermique 1 sera redirigée en plus grande partie vers le deuxième échangeur de chaleur 9 que vers le troisième échangeur de chaleur 13. [0029] La première vanne à pression constante 15 peut notamment être réglée de sorte que la température d'évaporation du fluide réfrigérant au sein du troisième échangeur de chaleur 13 soit comprise entre 8 et 25°C. [0030] Comme le montre la figure 3, la première branche de dérivation B peut également comporter une première conduite de contournement C de la première vanne à pression constante 15. La première conduite de contournement C relie plus particulièrement un troisième point de raccordement 33 à un quatrième point de raccordement 34. Le troisième point de raccordement 33 est disposé en aval du troisième échangeur de chaleur 13, entre ledit troisième échangeur de chaleur 13 et la première vanne à pression constante 15. Le quatrième point de raccordement 34 est quant à lui disposé en aval de la première vanne à pression constante 15, entre ladite première vanne à pression constante 15 et le deuxième point de raccordement 32, comme illustré à la figure 3. Cependant ce quatrième point de raccordement 34 peut tout à fait être disposé sur la branche principale A en aval du deuxième échangeur de chaleur 9, entre ledit deuxième échangeur de chaleur 9 et le compresseur 3. Cette première conduite de contournement C comprend un moyen de redirection du fluide réfrigérant vers ladite conduite de contournement C ou vers la première vanne à 6 pression constante 15. Dans l'exemple présenté à la figure 3, ce moyen de redirection du fluide réfrigérant est une première vanne d'arrêt 51. Dans un souci de limitation de la place du dispositif de gestion thermique 1 au sein du véhicule et également afin de faciliter le montage, il est tout a fait possible d'imaginer que la première vanne à pression constante 15 et la première vanne d'arrêt 51 sont regroupées au sein d'un bloc commun. [0031] Selon un mode de réalisation alternatif, illustré aux figures 4 et 5, la boucle principale A peut également comporter, en aval du deuxième échangeur de chaleur 9, une deuxième vanne à pression constante 21. Plus précisément, cette deuxième vanne à pression constante 21 est disposée sur la boucle principale A entre le deuxième échangeur de chaleur 9 et le deuxième point de raccordement 32 de la première branche de dérivation B. [0032] Selon une première variante illustrée à la figure 4, le circuit de fluide réfrigérant peut comporter une deuxième conduite de contournement D de la deuxième vanne à pression constante 21. Cette deuxième conduite de contournement D comprend à l'instar de la première conduite de contournement C, un moyen de redirection du fluide réfrigérant, ici une deuxième vanne d'arrêt 52. Plus précisément, dans cette première variante, la deuxième conduite de contournement D relie un cinquième 35 et un sixième 36 point de raccordement. Le cinquième point de raccordement 35 est disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur 9, entre ledit deuxième échangeur de chaleur 9 et la deuxième vanne à pression constante 21. Le sixième point de raccordement 36 est quant à lui disposé en aval de la deuxième vanne à pression constante 21, entre ladite deuxième vanne à pression constante 21 et le deuxième point de raccordement 32 de la première branche de dérivation B. Dans l'exemple illustré à la figure 4, la première branche de dérivation B comporte également une première conduite de contournement C. Cette première conduite de contournement C n'est cependant pas indispensable pour cette première variante. [0033] Selon une deuxième variante illustrée à la figure 5, le circuit de fluide réfrigérant comporte une première conduite de contournement C' de la première vanne à pression constante 15. Le quatrième point de raccordement 34' de la première conduite de contournement C' est disposé sur la branche principale A, en aval de la deuxième vanne à pression constante 21, entre ladite deuxième vanne à pression constante 21 et le deuxième point de raccordement 32 de la première branche de dérivation B. Le circuit de fluide réfrigérant comporte également une deuxième conduite de contournement D' de la deuxième vanne à pression constante 21. Le sixième point de raccordement 36' de la deuxième conduite de contournement D' est disposé sur la première conduite de contournement C'. La première C' et la deuxième D' conduite de contournement comportent toutes deux 7 un moyen de redirection du fluide réfrigérant, ici une première vanne d'arrêt 51' et une deuxième vanne d'arrêt 52'. La première vanne d'arrêt 51' est disposée sur la première conduite de contournement C' entre le premier 33 et le sixième 36 point de raccordement. La deuxième vanne d'arrêt 52 est quant à elle disposée sur la deuxième conduite de contournement D'. Ce moyen de redirection peut également être une vanne trois-voies (non représentée) disposée au niveau du sixième point de raccordement 36. [0034] Les moyens de redirection du fluide réfrigérant, au niveau de la première C, C' et de la deuxième D, D' conduites de contournement, doivent permettre le passage du fluide réfrigérant dans ces première C, C' et de la deuxième D, D' conduites de contournement avec des pertes de charges bien moins importantes qu'en passant par les première 15 et deuxième 21 vannes à pression constante. Ainsi, la première 51 et la deuxième 52 vanne d'arrêt peuvent notamment avoir un diamètre supérieur ou égal à lOmm, de même pour la vanne trois-voies pouvant être disposée sur le sixième point de raccordement 36. [0035] Comme dit plus haut, le dispositif de gestion thermique 1 illustré aux figures 1 à 5 correspond à un circuit de climatisation dans le but de refroidir le flux d'air interne 100. Cependant, il est tout à fait possible également d'imaginer que le dispositif de gestion thermique 1 soit un circuit pompe à chaleur destiné à réchauffer le flux d'air interne allant vers l'intérieur de l'habitacle. Le premier échangeur de chaleur 5 est alors disposé au sein d'un dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation, afin de réchauffer le flux d'air interne et le deuxième échangeur de chaleur 9 par exemple en face avant afin de récupérer de l'énergie calorifique dans le flux d'air externe. [0036] Comme illustré aux figures 6 et 7, le dispositif de gestion thermique 1 peut comprendre un circuit de climatisation inversible, c'est-a-dire qu'il est configuré pour fonctionner selon différents modes de fonctionnement tels qu'un mode de refroidissement afin de refroidir le flux d'air interne 100 ou un mode pompe à chaleur afin de réchauffer le flux d'air interne 100. [0037] La figure 6 montre un exemple de circuit de climatisation inversible direct. Ce circuit de climatisation inversible direct est un dérivé du circuit de climatisation de la figure 3. Il en reprend donc les même éléments et composants. Le circuit de climatisation inversible direct comporte également un quatrième échangeur de chaleur 23 qui est ici disposé dans le dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation de sorte à être traversé par le flux d'air interne 100. Au sein du dispositif de chauffage, ventilation et/ ou climatisation, ce quatrième échangeur de chaleur 23 est plus précisément disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur 9 dans le sens circulation du flux d'ah- interne 100. Au sein de la boucle principale A, ce quatrième échangeur de chaleur 23 est disposé en aval du compresseur 3, entre ledit compresseur 3 et le premier échangeur de chaleur 5. 8 Le circuit de climatisation inversible direct comporte également un troisième dispositif de détente 25 disposé en amont du premier échangeur de chaleur 5, entre le quatrième échangeur de chaleur 23 et ledit premier échangeur de chaleur 5. Ce troisième dispositif de détente 25 peut notamment s'ouvrir complètement de sorte à laisser passer le fluide réfrigérant sans perte de pression. Un solution alternative (non représentée) est que ce troisième dispositif de détente 25 puisse être contourné. Le circuit de climatisation inversible direct comporte en outre une deuxième branche de dérivation E du premier dispositif de détente 7 et du deuxième échangeur de chaleur 9. Cette deuxième branche de dérivation E est plus particulièrement disposée en parallèle de la première branche de dérivation B. La deuxième branche de dérivation E relie un septième point de raccordement 37 à un huitième point de raccordement 38. Le septième point de raccordement 37 est disposé en amont du premier dispositif de détente 7, entre le premier point de raccordement 31 et ledit premier dispositif de détente 7. Le huitième point de raccordement 38 est quant à lui disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur 9, entre ledit deuxième échangeur de chaleur 9 et le deuxième point de raccordement 32. Cette deuxième branche de dérivation E comporte un moyen de redirection du fluide réfrigérant comme par exemple une troisième vanne d'arrêt 53. Le premier échangeur de chaleur 5 joue ici un rôle d'évapo/condenseur, le deuxième échangeur de chaleur 9 d'évaporateur et le quatrième échangeur de chaleur 23 de condenseur interne. [0038] La figure 7 montre un exemple de circuit de climatisation inversible indirect. Ce circuit de climatisation inversible indirect est identique à celui du dispositif de gestion thermique 1 de la figure 6 à la différence que le quatrième échangeur de chaleur 23 n'est pas un condenseur interne destiné à être traversé par le flux d'air interne 100 mais un échangeur de chaleur bifluide configuré pour échanger avec un fluide caloporteur circulant au sein d'une boucle secondaire F. Cette boucle secondaire F comporte une pompe 28 et un cinquième échangeur de chaleur 27. Ce cinquième échangeur de chaleur 27 joue le rôle d'un condenseur interne et est disposé dans le dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation de sorte à être traversé par le flux d'air interne 100. Au sein du dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation, ce cinquième échangeur de chaleur 27 est plus précisément disposé en aval du deuxième échangeur de chaleur 9 dans le sens circulation du flux d'air interne 100. [0039] Ces dispositifs de gestion thermique illustrés aux figures 1 à 7 sont des exemples et d'autres architectures plus complexes ou plus simples peuvent également être envisagées sans sortie du cadre de l'invention. Ces exemples de circuit de climatisation inversible direct ou indirect peuvent être appliquées avec 9 - le mode de réalisation de la figure 2 dans lequel une première vanne à pression constante 15 est disposée en aval du troisième échangeur de chaleur 13, - le mode de réalisation de la figure 3 dans lequel une première vanne à pression constante 15 est disposée en aval du troisième échangeur de chaleur 13 et comporte une première conduite de contournement C, - le mode de réalisation de la figure 3 dans lequel une première vanne à pression constante 15 est disposée en aval du troisième échangeur de chaleur 13 et comporte une première conduite de contournement C et dans lequel une deuxième à pression constante 21 est disposée en aval du deuxième échangeur de chaleur 9 et comporte une deuxième conduite de contournement D. [0040] Le dispositif de gestion thermique 1 peut ainsi être configuré selon un premier mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant en sortie du troisième échangeur de chaleur 13 circule uniquement dans la première vanne à pression constante 15. Lorsqu'une première conduite de contournement C est présente, son moyen de redirection du fluide réfrigérant est configuré de sorte à empêcher le fluide réfrigérant de passer par ladite première conduite de contournement C. Par exemple la première vanne d'arrêt 51 est fermée. Ce premier mode de fonctionnement est particulièrement utile par exemple lorsque qu'une forte puissance de refroidissement est nécessaire au niveau du deuxième échangeur de chaleur 9 pour refroidir le flux d'air interne 100. Cela permet ainsi de consacrer une grande partie de la puissance de refroidissement du dispositif de gestion thermique au refroidissement du flux d'air interne tout en ayant une partie limitée par le réglage de la première vanne à pression constante 15 de cette puissance consacrée au refroidissement d'éléments tels que les batteries via le troisième échangeur de chaleur 13. Cela évite ainsi d'avoir recours à une gestion pulsée avec des séquences de refroidissement et d'arrêt de se refroidissement des batteries qui rendent le dispositif de gestion thermique 1 instable et compliquent sa régulation. [0041] Le dispositif de gestion thermique 1 peut être également configuré selon un deuxième mode de fonctionnement dans lequel le fluide réfrigérant en sortie du troisième échangeur de chaleur 13 circule à la fois dans la première vanne à pression constante 15 et dans la première conduite de contournement C. Pour cela, le moyen de redirection du fluide réfrigérant est configuré de sorte à permettre au fluide réfrigérant de passer par ladite première conduite de contournement C. Par exemple lorsque la première vanne d'arrêt 51 est ouverte. Ce deuxième mode de fonctionnement est particulièrement utile par exemple lorsque qu'une forte puissance de refroidissement est nécessaire au niveau du troisième échangeur de chaleur 13 pour refroidir par exemple des éléments tels que les batteries. Du fait que le fluide caloporteur passe par la première conduite de contournement C. les pertes de charges sont bien moins importantes et la pression du fluide réfrigérant au sein du troisième échangeur de chaleur 13 est plus basse que pour le premier mode de fonctionnement. La puissance de refroidissement allouée au troisième échangeur de chaleur 13 est donc plus importante et permet de refroidir plus fortement les éléments tels que les batteries. Dans ce deuxième mode de fonctionnement, la majeure partie du fluide réfrigérant passe par la première conduite de contournement C du fait que les perte de charges sont moins importantes dans cette première conduite de contournement C. Une petite partie du fluide réfrigérant passe néanmoins également par la première vanne à pression constante 15. [0042] Ainsi, on voit bien que le dispositif de gestion thermique 1 selon l'invention permet, de part la présence de la première vanne à pression constante 15 sur la première branche de dérivation B. un meilleur contrôle et une meilleure gestion de la puissance de refroidissement entre celle allouée au refroidissement des éléments tels que les batteries et celle utilisée pour la gestion thermique de l'habitacle. 11 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6]