Brevet FR3105378A1 — publié le 20210625

La présente invention concerne un dispositif de chauffage électrique de fluide, notamment destiné à un véhicule automobile, comprenant au moins un élément électrique chauffant (4) destiné à chauffer le fluide, un capteur de température (83) destiné à donner une information sur la température du fluide, un commutateur (87), dit d’appel de courant, destiné à provoquer un appel de courant dans un circuit (88) d’alimentation dudit ou desdits éléments électriques chauffants, un moyen (89) d’ouverture dudit circuit en cas d’apparition dudit appel de courant, le capteur de température (83) et le commutateur (87) d’appel de courant étant positionnés indépendamment l’un de l’autre, le dispositif de chauffage étant configuré pour transmettre un signal du capteur de température (83) vers le commutateur (87) d’appel de courant. Figure pour l’abrégé : figure 2 Dispositif de chauffage de fluide, notamment destiné à un véhicule L’invention concerne un dispositif de chauffage de fluide, notamment destiné à un véhicule, plus particulièrement pour une installation de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation de l’habitacle du véhicule et/ou la thermo-régulation d’une batterie. Il pourra s’agir notamment d’un véhicule électrique ou hybride pouvant être autonome. Il est connu d’assurer le chauffage de l’air destiné au traitement thermique de l’habitacle d’un véhicule par échange de chaleur entre un flux d’air et un liquide caloporteur, par le biais d’un échangeur thermique. Dans le cas des véhicules hybrides ou électriques, on connait des dispositifs de chauffage électrique qui forment une source de calories et dans lesquels on fait circuler un courant électrique pour faire monter en température des éléments électriques chauffants mis au contact du liquide caloporteur. Il s’effectue alors un échange de calories entre les éléments électriques chauffants et le liquide caloporteur qui chauffe à son tour avant de chauffer l’habitacle grâce à l’échangeur. Pour prévenir toute surchauffe, il est connu du document EP 2 884 519 d’utiliser un moyen d’ouverture du circuit d’alimentation des éléments électriques chauffants. Ledit moyen est actionné par déformation d’un bilame placé au contact desdits éléments électriques chauffants. Le bilame se déforme lorsque la température des éléments électriques chauffants atteint un certain seuil prédéfini, et assure l’actionnement du moyen d’ouverture du circuit par l’intermédiaire d’une lamelle. Une telle solution de prévention de surchauffe présente un inconvénient majeur lié au fait que le bilame, pour être positionné correctement par rapport aux éléments électriques chauffants, doit présenter une forme spécifique de construction onéreuse. De plus, l’encombrement résultant du couplage mécanique entre le bilame et le moyen d’ouverture par l’intermédiaire de la lamelle réduit la marge de manœuvre pour le montage de l’ensemble dans le dispositif de chauffage, avec pour conséquence notamment le risque de positionner le bilame en dehors de la zone de chauffage maximal. Il convient dès lors de trouver une solution de prévention de surchauffe des éléments électriques chauffants d’un dispositif de chauffage, qui soit d’une construction simple et d’un montage facile dans ledit dispositif de chauffage. La présente invention a pour but de proposer au moins en partie une telle solution. A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de chauffage électrique de fluide, notamment pour un véhicule automobile, comprenant au moins un élément électrique chauffant destiné à réchauffer le fluide, un capteur de température destiné à donner une information sur la température du fluide, un commutateur, dit d’appel de courant, destiné à provoquer un appel de courant dans un circuit d’alimentation dudit ou desdits éléments électriques chauffants, un moyen d’ouverture dudit circuit en cas d’apparition dudit appel de courant, le capteur de température et le commutateur d’appel de courant étant positionnés indépendamment l’un de l’autre, le dispositif de chauffage étant configuré pour transmettre un signal du capteur de température vers le commutateur d’appel de courant. Ainsi, avec un capteur de température monté indépendamment du commutateur d’appel de courant, l’invention simplifie le montage de la solution de prévention de surchauffe en permettant de positionner chacun de ces composants à l’endroit pertinent choisi. L’invention peut également comprendre l’une quelconque des caractéristiques suivantes, prises individuellement ou selon toutes combinaisons techniquement possibles qui forment autant de modes de réalisation de l’invention : - le dispositif de chauffage comprend un moyen de transmission du signal entre le capteur de température et le commutateur d’appel de courant ; - le moyen de transmission du signal comprend un conducteur électrique ; - le dispositif de chauffage comprend un microcontrôleur apte à contrôler le commutateur d’appel de courant ; - le moyen de transmission assure la liaison entre le capteur de température et le microcontrôleur ; - le dispositif de chauffage comprend en outre un commutateur amont et un commutateur aval ; - l’élément électrique chauffant est relié en série au commutateur amont et au commutateur aval ; - l’un des commutateurs amont ou aval est configuré pour réguler un courant circulant dans l’élément électrique chauffant ; - le commutateur amont et le commutateur aval sont reliés à une carte électronique de commande du courant circulant dans l’élément électrique chauffant ; - le moyen d’ouverture du circuit comprend au moins un fusible ; - le fusible est monté en série avec l’ élément électrique chauffant ; - le moyen d’ouverture du circuit est monté en amont du commutateur amont ou en aval du commutateur aval ; - le moyen d’ouverture du circuit est configuré pour protéger l’élément électrique chauffant en cas de défaillance simultanée du commutateur amont et du commutateur aval ; - le commutateur d’appel de courant est monté sur une ligne de court-circuit en parallèle avec l’élément électrique chauffant ; - la ligne de court-circuit comprend une première extrémité et une deuxième extrémité ; - la première extrémité de la ligne de court-circuit est positionnée entre l’élément électrique chauffant et le commutateur amont et/ou la deuxième extrémité de la ligne de court-circuit est positionnée entre l’élément électrique chauffant et le commutateur aval; - la première extrémité de la ligne de court-circuit est positionnée en amont du commutateur amont, et/ou la deuxième extrémité de la ligne de court-circuit est positionnée en aval du commutateur aval; - le moyen d’ouverture du circuit comprend au moins un fusible ; - le fusible est monté en amont de la première extrémité de la ligne de court-circuit ou en aval de la deuxième extrémité de la ligne de court-circuit ; - le fusible est monté en amont du commutateur d’appel de courant ; - le fusible est monté en aval du commutateur d’appel de courant ; - la carte électronique comprend une zone thermiquement isolée par rapport à une zone principale de ladite carte électronique ; - le capteur de température est monté sur la zone isolée de la carte électronique ; - le dispositif de chauffage comprend en outre un drain thermique entre une chambre de circulation du fluide et la carte électronique. L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d’un dispositif de chauffage selon l’invention; - la figure 2 représente un schéma électrique du dispositif de chauffage selon l’invention dans un premier mode de réalisation ; - la figure 3 représente un schéma électrique du dispositif de chauffage selon l’invention dans un deuxième mode de réalisation. Il est tout d'abord à noter que sur l'ensemble des figures, les éléments similaires et/ou remplissant la même fonction sont indiqués par le même repère. Par convention, sauf indication contraire, le qualificatif « longitudinal » s'applique à la direction dans laquelle s'étend la plus grande dimension du dispositif de chauffage électrique, le qualificatif « transversal » s'applique à une direction sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale, et le qualificatif « vertical » désigne la direction perpendiculaire à la fois à la direction longitudinale et à la direction transversale. Par ailleurs, en référence aux orientations et directions définies précédemment, la direction longitudinale sera représentée par l’axe Ox, la direction transversale sera représentée par l’axe Oy, et la direction verticale sera représentée par l’axe Oz. Ces différents axes définissent ensemble un repère orthonormé Oxyz représenté à la figure 1. Dans ce repère, les qualificatifs "haut" ou "supérieur" seront représentés par le sens positif de l'axe Oz, les qualificatifs "bas" ou "inférieur" étant représentés par le sens négatif de ce même axe Oz. Comme illustré à la figure 1, l’invention concerne un dispositif de chauffage 1. Ledit dispositif sert au chauffage d’un fluide, notamment d’un liquide caloporteur. Ledit dispositif comprend un boîtier 2 de circulation du fluide, au moins un élément chauffant 4, ici deux, un couvercle 6 portant le ou lesdits éléments chauffants, et une unité de commande 8 d’un courant d’alimentation dudit ou desdits éléments chauffants. En particulier, le boîtier 2 définit une première chambre 21 de circulation du fluide, laquelle est agencée pour recevoir le ou les éléments électriques chauffants 4 de manière à ce que le fluide en circulation dans ledit boîtier soit mis au contact dudit ou desdits éléments électriques chauffants. Le boîtier 2 définit également une deuxième chambre 22 dans laquelle est logée l’unité de commande 8 du courant circulant dans le ou les éléments électriques chauffants 4. Enfin, le boîtier définit une troisième chambre 23 qui est séparée de la première chambre 21 au moyen du couvercle 6. Le boîtier 2 est formé, par exemple, par moulage d’aluminium et/ou alliage d’aluminium. Pour assurer la circulation du fluide dans la chambre 21, le boîtier 2 comprend au moins une première tubulure d’entrée (non représentée) et au moins une deuxième tubulure 25 de sortie en communication avec ladite chambre 21. La tubulure d’entrée et la tubulure de sortie 25 sont disposées d’un même côté du boîtier 2, ici au niveau d’un fond 26 du boîtier 2. La tubulure de sortie 25 débouche directement dans la chambre 21 à travers une première lumière 25a. La tubulure d’entrée débouche dans la chambre 21 par une deuxième lumière formée à une extrémité de ladite chambre, à l’opposé du fond 26. La tubulure d’entrée comprend un canal longeant longitudinalement la chambre 21 et débouchant dans ladite chambre. Chaque élément électrique chauffant 4 comprend une résistance blindée 41 disposée en spirale ainsi qu’au moins un terminal de connexion 42 destiné à relier ladite résistance à une source d’alimentation en courant. Lesdits éléments électriques chauffants 4 s’étendent longitudinalement dans le boîtier 2 à travers le couvercle 6. Pour ce faire, le couvercle 6 comprend des ouvertures 61 dans lesquelles les éléments électriques chauffants 4 sont montés de telle manière que, pour chacun desdits éléments électriques, la résistance 41 s’étende dans la première chambre 21 et les terminaux 42 s’étendent à travers le couvercle 6 et débouchent dans la troisième chambre 23. La liaison entre ledit couvercle 6 et lesdits terminaux 42 est étanche. La deuxième chambre 22 est située au-dessus de la première chambre 21, le long de celle-ci, et présente un bord supérieur obturé au moyen d’un capot supérieur 3. En outre, la deuxième chambre 22 comprend des projections verticales 22a ainsi qu’une plateforme 22b formées sur une paroi de séparation 10 entre ladite deuxième chambre et la première chambre 21. Le dispositif de chauffage comprend en outre au moins un capteur de température 83 destiné à donner une information relative à la température du fluide et/ du ou des éléments électriques chauffants 4. Comme illustré aux figures 2 et 3, le dispositif de chauffage comprend encore au moins un commutateur 87, dit d’appel de courant, destiné à provoquer un appel de courant dans un circuit d’alimentation 88 des éléments électriques chauffants 4, ainsi qu’au moins un moyen 89 d’ouverture dudit circuit en cas d’apparition dudit appel de courant. Les éléments électriques chauffants 4 sont montés en parallèle dans ledit circuit 88. Le ou les commutateurs 87 ainsi que le ou les moyens 89 d’ouverture du courant sont intégrés, par exemple, à l’unité de commande 8. Selon l’invention, le capteur de température 83 et le commutateur 87 d’appel de courant forment deux composants distincts montés indépendamment l’un de l’autre. Une telle dissociation permet de monter le capteur 83 à distance du commutateur 87 d’appel de courant, ledit capteur et ledit commutateur pouvant être positionnés chacun à différents endroits du dispositif de chauffage. De plus, une telle dissociation permet de prévoir une pluralité de capteurs de température et une pluralité de commutateurs d’appel de courant dans un même dispositif de chauffage. En particulier, le commutateur 87 d’appel de courant est monté sur une ligne de court-circuit 881 en parallèle avec un des éléments électriques chauffants 4, ladite ligne de court-circuit présentant une extrémité amont 881a et une extrémité aval 881b. La position amont et la position aval sont définies ici comme dans la suite par rapport au sens du courant. Selon une caractéristique de l’invention, le commutateur 87 d’appel de courant réagit en cas de réception par le capteur thermique 83 d’une information relative au franchissement d’une température seuil par le fluide caloporteur et/ou les éléments électriques chauffants 4 en fermant la ligne de court-circuit 881, la ligne de court-circuit court-circuitant alors le ou les éléments électriques chauffant 4. La résistance du circuit d’alimentation diminue alors fortement ce qui provoque un appel de courant et actionne le moyen 89 d’ouverture. Celui-ci ouvre le circuit 88 et met le ou les éléments électriques chauffants 4 hors circuit. Le moyen 89 d’ouverture du circuit 88 comprend au moins un fusible 891 qui est monté ou connecté en amont de la première extrémité 881a de la ligne de court-circuit 881 ou en aval de la deuxième extrémité 881b de la ligne de court-circuit 881. Le circuit 88 d’alimentation peut comprendre un ensemble de commutateurs 82 configurés pour réguler le courant circulant dans le ou les éléments électriques chauffants 4. Chaque élément électrique chauffant 4 est relié en série à un premier commutateur de régulation de courant, dit commutateur amont 82A, qui communique avec un générateur de modulation de largeur d’impulsion (de l’anglais Pulse Width Modulation PWM) de l’unité de commande 8 ; et un deuxième commutateur de régulation de courant, dit commutateur aval 82B, qui assure la sécurité dudit élément électrique chauffant 4 en cas de défaillance du commutateur amont 82A. Les commutateurs 82 de régulation de courant sont choisis parmi les transistors bipolaires à grille isolée (de l’anglais Insulated Gate Bipolar Transistor - IGBT) et/ou les transistors à effet de champ à grille métal-oxyde (de l’anglais Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor - MOSFET), connus pour leur capacité à gérer des puissances d’alimentation élevées requises dans une application de chauffage de véhicule électrique ou hybride. Dans un circuit 88 comprenant un commutateur amont 82A et un commutateur aval 82B de régulation du courant circulant dans un élément électrique chauffant 4, le moyen 89 d’ouverture du circuit 88 selon l’invention intervient en cas de défaillance simultanée dudit commutateur amont et dudit commutateur aval. Ledit moyen 89 est positionné en amont du commutateur amont 82A ou en aval du commutateur aval 82B de l’élément électrique chauffant 4. Par ailleurs, comme illustré à la figure 2, la première extrémité 881a de la ligne de court-circuit 881 est connectée au circuit 88 en amont du commutateur amont 82A et la deuxième extrémité 881b de la ligne de court-circuit 881 est connectée au circuit 88 en aval du commutateur aval 82B. Toutefois, comme illustré à la figure 3, la première extrémité 881a de la ligne de court-circuit 881 peut être positionnée directement en amont de l’élément électrique chauffant 4, entre ledit élément électrique chauffant 4 et le commutateur amont 82A. La deuxième extrémité 881b de la ligne de court-circuit peut être positionnée directement en aval de l’ élément électrique chauffant 4 entre ledit élément électrique chauffant et le commutateur aval 82B. Un tel positionnement des extrémités 881a, 881b de la ligne de court-circuit 881 prévient l’actionnement du moyen 89 d’ouverture du circuit 88 en cas de déclenchement intempestif du commutateur 87. En effet, la ligne de court-circuit 881 ne court-circuite pas les commutateurs 82A, 82B qui, en fonctionnement normal, peuvent réguler le courant circulant dans le circuit 88. Bien que la figure 3 représente le fusible 891 positionné en amont du commutateur amont 82A, il est tout à fait envisageable de prévoir un positionnement dudit fusible entre ledit commutateur amont et l’élément électrique chauffant 4. Un tel positionnement du fusible reste conforme à l’esprit de la présente invention. De façon avantageuse, le capteur de température 83 peut être positionné sur une carte électronique 81, et en particulier sur une zone 812 thermiquement isolée par rapport à une zone principale 813 de ladite carte électronique. Le moyen 89 d’ouverture du circuit 88 peut alors être positionné sur ladite zone principale 813 ou sur tout autre support formé dans la deuxième chambre 22 du boîtier 2. Avec un capteur de température 83 positionné sur la carte électronique 81, le relevé d’ une image de la température du fluide contenu dans la première chambre 21 peut être réalisé à l’aide d’un drain thermique situé entre ladite première chambre et ladite carte électronique . De façon avantageuse, la liaison entre le capteur de température 83 et le commutateur 87 d’appel de courant est assurée par un moyen de transmission de signal choisi. Il s’agit par exemple d’un moyen de transmission d’un signal de nature électrique, en particulier un conducteur électrique. Le moyen de transmission de signal est configuré pour assurer également la liaison entre le capteur de température 83 et un des commutateurs amont 82A ou aval 82B en passant par un microcontrôleur 84, ledit microcontrôleur permettant de contrôler le fonctionnement du commutateur 87 d’appel de courant. En cas de pluralité d’éléments électriques chauffants 4 montés en parallèle, un même moyen 89 d’ouverture du circuit 88, en particulier un même fusible 891, et/ou un même commutateur 87 d’appel de courant pourront être utilisés pour plusieurs, voire l’ensemble des éléments électriques chauffants. En effet, un court-circuit opéré sur un seul élément électrique chauffant suffit pour court-circuiter tous les autres éléments électriques chauffants du dispositif de chauffage, le courant passant par la ligne électrique de résistance minimale. Dispositif de chauffage électrique de fluide, notamment pour véhicule automobile, comprenant : - au moins un élément électrique chauffant (4) destiné à chauffer le fluide, - un capteur de température (83) destiné à donner une information sur la température du fluide, - un commutateur (87), dit d’appel de courant, destiné à provoquer un appel de courant dans un circuit (88) d’alimentation dudit ou desdits éléments électriques chauffants, - un moyen (89) d’ouverture dudit circuit en cas d’apparition dudit appel de courant, le capteur de température (83) et le commutateur (87) d’appel de courant étant positionnés indépendamment l’un de l’autre, le dispositif de chauffage étant configuré pour transmettre un signal du capteur de température (83) vers le commutateur (87) d’appel de courant. Dispositif de chauffage selon la revendication précédente, comprenant un moyen de transmission du signal entre le capteur de température (83) et le commutateur (87) d’appel de courant. Dispositif de chauffage selon la revendication précédente, dans lequel le moyen de transmission du signal comprend un conducteur électrique. Dispositif de chauffage selon la revendication précédente, comprenant un microcontrôleur (84) apte à contrôler le commutateur (87) d’ appel de courant, et dans lequel le moyen de transmission du signal assure la liaison entre le capteur de température (83) et ledit microcontrôleur. Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le commutateur (87) d’appel de courant est monté sur une ligne de court-circuit (881) en parallèle avec l’élément électrique chauffant (4), ladite ligne de court-circuit comprenant une première extrémité (881a) et une deuxième extrémité (881b). Dispositif de chauffage selon la revendication précédente, comprenant en outre un commutateur amont (82A) et un commutateur aval (82B) reliés en série avec l’élément électrique chauffant (4), ledit élément électrique chauffant étant positionné entre ledit commutateur amont (82A) et ledit commutateur aval (82B), l’un au moins desdits commutateurs amont et aval étant configuré pour réguler un courant circulant dans ledit élément électrique chauffant. Dispositif de chauffage selon la revendication précédente, dans lequel la première extrémité (881a) de la ligne de court-circuit (881) est positionnée directement en amont de l’élément électrique chauffant (4), et/ou la deuxième extrémité (881b) de la ligne de court-circuit (881) est positionnée directement en aval dudit élément électrique chauffant (4). Dispositif de chauffage selon la revendication 6, dans lequel la première extrémité (881a) de la ligne de court-circuit (881) est positionnée en amont du commutateur amont (82A) et/ou la deuxième extrémité (881b) de la ligne de court-circuit (881) est positionnée en aval du commutateur aval (82B). Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le moyen (89) d’ouverture du circuit (88) comprend au moins un fusible (891) monté en amont de la première extrémité (881a) de la ligne de court-circuit (881) ou en aval de la deuxième extrémité (881b) de la ligne de court-circuit (881), ledit fusible étant configuré pour protéger l’élément électrique chauffant (4) en cas de défaillance simultanée du commutateur amont (82A) et du commutateur aval (82B). Dispositif de chauffage selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le capteur de température (83) est monté sur une carte électronique (81) de commande d’un courant électrique traversant le ou les éléments électriques chauffants (4), ledit dispositif comprenant en outre un drain thermique (9) entre une chambre (21) de circulation du fluide et ladite carte électronique (81).