Brevet FR3121283A1 — publié le 20220930

L’invention concerne un circuit de chauffage/refroidissement pour batterie de traction de véhicule automobile, ledit circuit comprenant - une portion de passage de référence configurée pour recevoir un passage d’un premier liquide de référence, - une portion de passage obturable pour le passage d’un deuxième liquide, séparée de la portion de passage obturable, - un dispositif de connexion comprenant des sections de passage correspondantes, la section de passage obturable comportant un moyen d’obturation transitoire associé à un capteur thermostatique débouchant dans la portion de passage de référence, le capteur thermostatique étant configuré pour activer ou désactiver le moyen d’obturation transitoire en fonction de la température dans la portion de portion de passage de référence. L’invention concerne en outre un véhicule automobile comprenant un tel circuit. Fig. 5 CIRCUIT DE CHAUFFAGE/REFROIDISSEMENT POUR BATTERIE DE VEHICULE AUTOMOBILE, ET VEHICULE COMPRENANT UN TEL CIRCUIT L’invention se rapporte au domaine des circuits de chauffage/refroidissement pour véhicule automobile, tel que des circuits pour batterie et habitacle. Dans ce domaine, il est connu de prévoir un circuit de chauffage/refroidissement de batterie de véhicules automobiles avec un fluide caloporteur par exemple pour réchauffer la batterie de sorte qu’elle atteigne une température optimale. En particulier, les circuits caloporteurs pour les véhicules électriques (BEV), Hybride (HEV), « Mild » Hybride (MHEV) et « Plug-In » Hybride (PHEV) ont des batteries refroidies/réchauffées par de l’eau. L'architecture de certains circuits de refroidissement de véhicules hybrides (HEV, MHEV ou PHEV) permet de réchauffer ou refroidir une batterie de traction à l'aide d'une résistance électrique à haut voltage (nommée High Voltage Water Heater - HVWH) et d'un refroidisseur. Certains dispositifs hydrauliques permettent d'assurer le chauffage et le refroidissement d'une batterie de traction avec le moins de déperdition énergétique de manière à augmenter l'autonomie de la batterie. Pour de bonnes performances de chauffage, la résistance électrique à haute tension (high voltage) a besoin d’une quantité significative d’énergie, généralement puisée de la batterie de traction du véhicule. En outre, le montage de ces circuits est généralement fait avec des électrovannes, ce qui implique une complexité de montage et un besoin d’une source de courant électrique et de modules électroniques de commande. Ainsi, un premier objectif de l’invention est de proposer un moyen d’optimisation de chauffage des circuits de refroidissement de batterie de véhicule automobile. Un deuxième objectif est de proposer une solution permettant de limiter le besoin en source de courant électrique et de modules électroniques de commande dans le montage de circuits de chauffage/refroidissement de batterie de véhicule automobile. Pour atteindre ces objectifs, l’invention propose un circuit de chauffage/refroidissement pour batterie de traction de véhicule automobile, ledit circuit comprenant - une portion de passage de référence configurée pour recevoir un passage d’un premier liquide de référence, - une portion de passage obturable pour le passage d’un deuxième liquide, la portion de passage de référence étant séparée de la portion de passage obturable, - un dispositif de connexion comprenant une section de passage obturable connectée à la portion de passage obturable et une section de passage de référence connectée à la portion de passage de référence, la section de passage obturable comportant un moyen d’obturation transitoire associé à un capteur thermostatique débouchant dans la portion de passage de référence, le capteur thermostatique étant configuré pour activer ou désactiver le moyen d’obturation transitoire en fonction de la température dans la portion de portion de passage de référence. Avantageusement, le dispositif de connexion permet d’ouvrir une portion de passage d’un circuit de chauffage/refroidissement pour faire arriver un fluide calorifique dans le circuit en limitant par exemple le chauffage par une résistance, de sorte à optimiser le chauffage. En outre, un capteur thermostatique permet d’avoir un contrôle mécanique de l’obturation transitoire par la déformation d’une sonde thermostatique. Cela permet de limiter le besoin source de courant électrique et de modules électroniques de commande. Selon d’autres aspects pris isolément, ou combinés selon toutes les combinaisons techniquement réalisables : - le capteur thermostatique est connecté au moyen d’obturation transitoire de sorte qu’en dessous d’une température seuil, le capteur thermostatique change de forme et entraîne l’obturateur transitoire dans une configuration ouverte dans laquelle la portion de passage obturable est ouverte ; et de sorte qu’au-dessus d’une ou ladite température seuil, le capteur thermostatique change de forme et entraîne l’obturateur transitoire dans une configuration fermée dans laquelle la portion de passage obturable est fermée ; et/ou - le moyen d’obturation transitoire comprend un piston obturateur associé à un ressort ; et/ou - le capteur thermostatique comprend une sonde thermostatique comprenant une cire déformable ; et/ou - la sonde thermostatique est solidaire d’une tête de piston dudit piston obturateur, ledit ressort étant opposé à ladite tête de piston ; et/ou - le circuit comprend une branche de boucle courte comprenant une résistance chauffante, une branche de boucle longue comprenant un refroidisseur, et une dérivation entre la branche de boucle courte et la branche de boucle longue, et la dérivation comporte ledit dispositif de connexion ; et/ou - le circuit de chauffage/refroidissement comprend un circuit principal reliant en série un échangeur de chaleur, une batterie, un refroidisseur, et un circuit annexe comportant ladite portion de passage obturable et une source de chaleur supplémentaire ; et/ou - le circuit annexe comprend un aérotherme en série avec une résistance, ledit échangeur, dans lequel le circuit principal comporte la portion de passage de référence, et le circuit annexe comporte ladite portion de passage obturable. L’invention porte en outre sur un véhicule automobile, comprenant un circuit de chauffage/refroidissement selon l’invention. Un autre objet de l’invention concerne un procédé de chauffage/refroidissement de batterie de véhicule automobile, le procédé comprenant des étapes pour - rapprocher une portion de passage de référence configurée pour recevoir un passage d’un premier liquide de référence, d’une portion de passage obturable pour le passage d’un deuxième liquide, la portion de passage de référence étant séparée de la portion de passage obturable, - mettre en œuvre une d’obturation transitoire sur la portion de passage obturable, - disposer un capteur thermostatique déformable débouchant dans la portion de passage de référence, - activer ou désactiver l’obturation transitoire en fonction de la déformation du capteur thermostatique liée à la température dans la portion de portion de passage de référence. L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles : - illustre schématiquement un dispositif de connexion pour un circuit selon une variante préférée de l’invention, dans une configuration fermée ; - illustre schématiquement un dispositif de connexion de la dans une configuration ouverte ; - illustre schématiquement un circuit selon un premier mode de réalisation de l’invention ; - illustre schématiquement un circuit selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; - illustre schématiquement un circuit selon un troisième mode de réalisation de l’invention. L’invention concerne un circuit de chauffage/refroidissement pour batterie de traction de véhicule automobile. Ce type de circuit est utilisé pour avoir une température optimale de fonctionnement de batterie Bt de véhicule automobile, par exemple à environ 25°C. Le circuit comprend un premier fluide caloporteur, en particulier un premier liquide caloporteur, de préférence un liquide aqueux, qui circule entre la batterie Bt et un échangeur de chaleur EC, de préférence avec une résistance de chauffage H, en particulier une résistance électrique à haute tension (high voltage) (nommée High Voltage Water Heater – HVWH). Le premier liquide caloporteur est mû par une pompe p par exemple. Pour limiter les besoins de chauffage de la résistance chauffante, l’invention prévoit d’utiliser un deuxième fluide caloporteur, en particulier un deuxième liquide caloporteur d’un circuit séparé. A cet effet, le circuit de chauffage/refroidissement de batterie comprend une portion de passage de référence CD configurée pour recevoir un passage d’un premier liquide de référence. Il s’agit d’une branche du circuit de chauffage/refroidissement comportant le liquide caloporteur. Le circuit de chauffage/refroidissement de batterie comprend en outre une portion de passage obturable AB pour le passage du deuxième liquide. Il s’agit d’une branche d’un circuit séparé susceptible de véhiculer un liquide caloporteur à une température désirée et utiliser ce liquide par exemple via l’échangeur de chaleur EC. La portion de passage de référence CD est séparée de la portion de passage obturable AB, de sorte que les liquides caloporteurs ne se mélangent pas. Le circuit de chauffage/refroidissement de batterie comprend en outre un dispositif de connexion D T entre les deux portions AB, CD. Le dispositif de connexion D T comprend une section de passage obturable ab connectée à la portion de passage obturable AB, et une section de passage de référence cd connectée à la portion de passage de référence CD. Selon l’invention, la section de passage obturable ab comporte un moyen d’obturation transitoire associé à un capteur thermostatique T débouchant dans la portion de passage de référence CD. En outre, le capteur thermostatique T est configuré pour activer ou désactiver le moyen d’obturation transitoire en fonction de la température dans la portion de portion de passage de référence CD. Avantageusement, le dispositif de connexion D T permet d’ouvrir une portion de passage CD d’un circuit de chauffage/refroidissement pour faire arriver un fluide calorifique dans le circuit en limitant par exemple le chauffage par une résistance R, de sorte à optimiser le chauffage. En outre, un capteur thermostatique T permet d’avoir un contrôle mécanique de l’obturation transitoire par la déformation d’une sonde thermostatique. Cela permet de limiter le besoin source de courant électrique et de modules électroniques de commande le montage de circuit de chauffage/refroidissement pour véhicule automobile. Selon une variante, le capteur thermostatique T est connecté au moyen d’obturation transitoire. Il s’agit en particulier d’un piston obturateur P associé à un ressort r formant le moyen d’obturation, associé à une sonde thermostatique comprenant une cire déformable en fonction de la température. Le moyen d’obturation transitoire et le capteur T sont configurés de sorte qu’en dessous d’une température seuil calibrée suivant l’application, le capteur thermostatique T change de forme et entraîne l’obturateur transitoire dans une configuration ouverte dans laquelle la portion de passage obturable est ouverte. La configuration ouverte est visible en . En particulier, la cire du capteur T se solidifie et se comprime de sorte à tirer le piston P et ouvrir le passage AB. En outre, le moyen d’obturation transitoire et le capteur T sont configurés de sorte qu’au-dessus d’une autre ou ladite température seuil, le capteur thermostatique T change de forme et entraîne l’obturateur transitoire dans une configuration fermée dans laquelle la portion de passage obturable est fermée. La configuration fermée est visible en . En particulier, la cire du capteur T se liquéfie et se détend de sorte à pousser le piston P et fermer le passage AB. En particulier, en fonction de la température prise par la cire, celle-ci active le piston P découvrant un passage de circulation d'eau (portion AB) menant l'eau chauffée par une source thermique du circuit moteur par exemple vers l'échangeur EC (eau circuit batterie/eau circuit moteur thermique). Ce principe permet ainsi de faire circuler de l'eau chaude du circuit moteur à combustion interne ou moteur électrique (générant de la chaleur par dégradation de rendement), pour peu que la résistance chauffante H (ou tout autre dispositif source de chaleur dans le circuit moteur) ait été activée au préalable (soit lors d'un préconditionnement thermique habitacle, démarrage moteur thermique, etc.). Selon une variante, la sonde thermostatique est solidaire d’une tête de piston t dudit piston obturateur P, ledit ressort r étant opposé à ladite tête de piston t. Ainsi, le moyen d’obturation couplé au capteur T présente une forme longitudinale. Dans un premier mode de réalisation, le circuit de chauffage/refroidissement comprend une branche de boucle courte b C comprenant ladite résistance chauffante H, et une branche de boucle longue b L comprenant un refroidisseur R, et une dérivation entre la branche de boucle courte b C et la branche de boucle longue b. Dans ce mode de réalisation, ladite dérivation comporte ledit dispositif de connexion D T . Ainsi, le dispositif de connexion D T permet de déterminer quelle boucle va être activée. L’invention porte en outre sur un système de réchauffage de la batterie Bt de traction en récupérant au mieux les calories dissipées par une source thermique (telle qu’un moteur thermique MT, un stockeur de chaleur ou via une récupération thermique à l'échappement par exemple) ou par la résistance électrique H (ou High Voltage Water Heater) située par exemple dans une branche d’un circuit annexe comportant un aérotherme AT au moyen d'un dispositif de connexion D T (ou boitier thermostatique) et d'un échangeur eau/eau EC, dans le but d'étendre l'autonomie du véhicule en mode de traction tout électrique en assurant une efficience énergétique. Ainsi, dans d’autres modes de réalisation, le circuit de chauffage/refroidissement comprend un circuit principal C1 reliant en série un échangeur de chaleur EC, une batterie Bt, un refroidisseur R, et un circuit annexe C2 comportant ladite portion de passage obturable AB, et une source de chaleur supplémentaire. Il peut s’agir d’un circuit de chauffage refroidissement de moteur électrique ME dans un deuxième mode de réalisation ; ou de moteur thermique MT dans un troisième mode de réalisation. Dans le cas du troisième mode de réalisation, le circuit annexe C2 comprend un aérotherme AT en série avec une résistance H, ledit échangeur EC. Le circuit principal C1 comporte la portion de passage de référence CD, et le circuit annexe C2 comporte ladite portion de passage obturable AB. Ce mode de réalisation peut être illustré par la . Ces modes de réalisations permettent de mettre à profit la chaleur d’un moteur de traction pour chauffer le premier liquide de refroidissement. Avantageusement, l’invention permet de redistribuer au mieux l'énergie thermique dissipée par les sources thermiques du circuit moteur thermique (ou électrique) pour garantir une température de fonctionnement optimale pour les cellules de la batterie de traction Bt et de la cabine thermique habitacle sur demande de chauffage et de climatisation de la part du conducteur via une stratégie de thermomanagement mise en œuvre au travers d'un dispositif de connexion D T , d'un échangeur à eau EC (circuit refroidissement batterie / circuit moteur thermique (ou électrique)). Dans la variante préférée, les circuits et thermostats sont choisis pour avoir une température optimale de cellule de batterie de l'ordre de 25°C pour les technologies de batterie Lithium ION. L’invention concerne en outre un véhicule automobile, comprenant un circuit de chauffage/refroidissement tel que décrit précédemment. Un autre objet de l’invention concerne un procédé de chauffage/refroidissement pour batterie Bt de véhicule automobile. Le procédé comprend une étape pour rapprocher une portion de passage de référence CD configurée pour recevoir un passage d’un premier liquide de référence, d’une portion de passage obturable AB pour le passage d’un deuxième liquide, la portion de passage de référence CD étant séparée de la portion de passage obturable AB. Cette étape permet de prendre comme référence la température de la portion de passage de référence CD pour le reste du procédé. Le procédé comprend une étape pour mettre en œuvre une d’obturation transitoire sur la portion de passage obturable AB. Cette étape permet d’utiliser un autre liquide caloporteur en particulier la chaleur d’un tel liquide pour le chauffage de la batterie Bt. Le procédé comprend une étape pour disposer un capteur thermostatique T déformable débouchant dans la portion de passage de référence CD. Cette étape permet d’avoir une détection sans besoin de source de courant électrique. Le procédé comprend une étape pour activer ou désactiver l’obturation transitoire en fonction de la déformation du capteur thermostatique T liée à la température dans la portion de portion de passage de référence CD. Cette étape permet d’avoir une commande d’activation/désactivation sans besoin de source de courant électrique ni de modules électroniques de commande. Dans le cas d’un moteur thermique, l’invention peut être mise à profit lors d’un démarrage du moteur à froid. Afin de satisfaire le confort thermique des occupants, la circulation d'eau au sein de la branche aérotherme AT est établie comme suit : pour une température d'eau en interne du moteur thermique MT inférieure à une température seuil (T1 ~60°C ou T1~70°C), une circulation d'eau, dite en "boucle courte" b1, est établie, par actionnement d'une pompe à eau électrique additionnelle p2, entre l'aérotherme AT, la résistance H, voire un réchauffeur fonctionnant à carburant ou un stockeur enthalpique ou un dispositif de récupération de chaleur à l'échappement, sans passer par le moteur thermique MT, quel que soit l'activation du moteur thermique MT. Les avantages de cette configuration par rapport à une architecture de circuit caloporteur classique (le moteur MT étant en lien directe avec l'aérotherme AT– voir ) sont les suivantes : - le volume de liquide de refroidissement au sein de cette "boucle courte" b1 étant restreint (environ 1L), la montée en température d'eau provoquée par la résistance électrique H et, optionnellement par un dispositif de chaleur annexe (stockeur de chaleur, dispositif de récupération de chaleur sur la ligne d'échappement du moteur à combustion interne, etc…), est beaucoup plus rapide que s'il fallait chauffer le volume du circuit caloporteur complet qui est beaucoup plus conséquent volume d'eau (environ 5L à 8L). En conséquence, la montée en température d'air d’habitacle est accélérée ; l'énergie déployée pour chauffer ce circuit, et en conséquence l'habitacle véhicule, est beaucoup moins élevée, ce qui améliore l'autonomie en mode électrique du véhicule hybride. La résistance électrique H, ainsi qu'optionnellement les dispositifs de chaleur, nécessitent une puissance thermique moins élevée pour réguler la température du liquide de refroidissement à un seuil acceptable en entrée d’aérotherme AT pour maintenir un confort habitacle convenable ; - la prestation de démarrage du moteur, à froid, est améliorée pour des températures d'ambiance très froides. En effet, grâce à la séparation des circuits moteur et aérotherme, la sonde de température d'eau moteur installée au sein du dispositif de connexion D T , devant être représentative de la température de la chambre de combustion du moteur, n'est pas perturbée par le volume de liquide de refroidissement chauffée par la résistance électrique H, voire de manière optionnelle par un dispositif de chaleur annexe ; - Il faut noter que les résistances H sont généralement connectées directement en électrique à la batterie de traction (d'où leur nom incluant « High Voltage »); ce composant peut dépenser de 2kW jusqu'à 9kW de la charge de la batterie haute tension Bt, ce qui se fait au détriment de l'autonomie en mode tout électrique du véhicule. Pour une température d'eau en interne du moteur thermique MT supérieure à une température seuil (T2 ~80°C), une circulation d'eau, dite en "boucle longue" b2, est établie entre l'aérotherme AT, la résistance électrique H, voire un dispositif de chaleur annexe, et le moteur thermique MT. Dans cette configuration, la température du liquide de refroidissement alimentant la branche aérotherme provenant du moteur thermique MT est telle qu'il n'est plus utile d'utiliser la résistance électrique H ou/et le dispositif de chaleur annexe. De plus, pour certains régimes de fonctionnement du moteur, le débit d'eau au sein de l'aérotherme AT, assuré par une pompe à eau du moteur thermique MT, est suffisant. C’est en particulier le cas lorsque la pompe à eau additionnelle électrique p2 dans la branche est désactivée, permettant ainsi de diminuer la consommation énergétique du système de refroidissement tout en garantissant un débit suffisant dans l'aérotherme AT, assurant la prestation thermique habitacle. Dans le cas d’un moteur électrifié, l’invention peut aussi être mise à profit lors d’un démarrage à froid. La température de cellule de batterie à atteindre est de l'ordre de 25°C pour les technologies actuelles de batterie Lithium ION. Pour des températures d'ambiance froide (par exemple inférieures à 0°C), la stratégie mise en œuvre est la suivante : - la résistante H est mise en route dans le circuit b1 (ou circuit aérotherme) sur demande du conducteur via des options de précondionnement habitacle si le véhicule est stationné ou lors d'une demande de chauffe ou climatisation d’habitacle ; et - la pompe à eau p du circuit batterie est mise en route ce qui permet d'irriguer la cellule thermosensible du calorstat (capteur thermostatique T). Tant que la température d'eau dans le circuit de batterie n'atteint pas une température seuil minimale, qui est en particulier celle de la température de début de fermeture du thermostat (que l'on peut calibrer à une température minimale d'environ 0° à 10°C), une circulation d'eau chauffée dans le circuit aérotherme est établie dans l'échangeur eau/ eau EC. De ce fait, les calories du circuit aérotherme transitent via l'échangeur eau/eau EC dans le circuit de refroidissement de batterie Bt, permettant par là même d'avoir une température de fonctionnement de cellules de batterie acceptable dès que la température d'eau circuit batterie atteint ladite température minimale de 0°C à 10°C. Lorsque la température d'eau du circuit batterie a été suffisamment chauffée par le circuit aérotherme via l'échangeur eau/eau EC, c’est-à-dire pour une température maximale par exemple au-dessus d’environ 0°C à 10°C, le thermostat est calibré pour se fermer totalement pour ladite température maximale. Dans le cas d'un circuit avec un véhicule électrique, les calories dans le circuit de refroidissement peuvent être produites de deux façons différentes : - par la dégradation de rendement des moteurs électriques ME ; - par la résistance électrique H du circuit aérotherme b1. Circuit de chauffage/refroidissement pour batterie de traction de véhicule automobile, ledit circuit comprenant - une portion de passage de référence (CD) configurée pour recevoir un passage d’un premier liquide de référence, - une portion de passage obturable (AB) pour le passage d’un deuxième liquide, la portion de passage de référence (CD) étant séparée de la portion de passage obturable (AB), - un dispositif de connexion (D T ) comprenant une section de passage obturable (ab) connectée à la portion de passage obturable (AB) et une section de passage de référence (cd) connectée à la portion de passage de référence (CD), la section de passage obturable (ab) comportant un moyen d’obturation transitoire (P) associé à un capteur thermostatique (T) débouchant dans la portion de passage de référence (CD), le capteur thermostatique (T) étant configuré pour activer ou désactiver le moyen d’obturation transitoire (P) en fonction de la température dans la portion de portion de passage de référence (CD). Circuit de chauffage/refroidissement selon la revendication 1, dans lequel le capteur thermostatique (T) est connecté au moyen d’obturation transitoire (P) de sorte qu’en dessous d’une température seuil, le capteur thermostatique (T) change de forme et entraîne l’obturateur transitoire (P) dans une configuration ouverte dans laquelle la portion de passage obturable est ouverte ; et de sorte qu’au-dessus d’une ou ladite température seuil, le capteur thermostatique (T) change de forme et entraîne l’obturateur transitoire (P) dans une configuration fermée dans laquelle la portion de passage obturable est fermée. Circuit de chauffage/refroidissement selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel le moyen d’obturation transitoire comprend un piston obturateur (P) associé à un ressort (r). Circuit de chauffage/refroidissement selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le capteur thermostatique (T) comprend une sonde thermostatique comprenant une cire déformable. Circuit de chauffage/refroidissement selon la revendication 4, dans lequel la sonde thermostatique est solidaire d’une tête de piston (t) dudit piston obturateur (P), ledit ressort (r) étant opposé à ladite tête de piston (t). Circuit de chauffage/refroidissement selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant une branche de boucle courte (b C ) comprenant une résistance chauffante (H), et une branche de boucle longue (b L ) comprenant un refroidisseur (R), et une dérivation entre la branche de boucle courte (b C ) et la branche de boucle longue (b C ), caractérisé en ce que la dérivation comporte ledit dispositif de connexion (D T ). Circuit de chauffage/refroidissement selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant un circuit principal (C1) reliant en série un échangeur de chaleur (EC), une batterie (Bt), un refroidisseur (R), et un circuit annexe (C2) comportant ladite portion de passage obturable (AB), et une source de chaleur supplémentaire (MT, ME, H). Circuit de chauffage/refroidissement selon la revendication 7, dans lequel le circuit annexe (C2) comprend un aérotherme (AT) en série avec une résistance (H), ledit échangeur (EC), dans lequel le circuit principal (C1) comporte la portion de passage de référence (CD), et le circuit annexe (C2) comporte ladite portion de passage obturable (AB). Véhicule automobile, comprenant un circuit de chauffage/refroidissement selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Procédé de chauffage/refroidissement de batterie de véhicule automobile, le procédé comprenant des étapes pour - rapprocher une portion de passage de référence (CD) configurée pour recevoir un passage d’un premier liquide de référence, d’une portion de passage obturable (AB) pour le passage d’un deuxième liquide, la portion de passage de référence (CD) étant séparée de la portion de passage obturable (AB), - mettre en œuvre une d’obturation transitoire (P) sur la portion de passage obturable (AB), - disposer un capteur thermostatique (T) déformable débouchant dans la portion de passage de référence (CD), - activer ou désactiver l’obturation transitoire (P) en fonction de la déformation du capteur thermostatique (T) liée à la température dans la portion de portion de passage de référence (CD).