Brevet FR3138357A1 — publié le 20240202

L’invention concerne un système de chauffage (1) pour habitacle de véhicule automobile, ledit système (1) comprenant une batterie (3) électrique disposée dans une enceinte (5), caractérisé en ce que ledit système (1) comprend un accumulateur de chaleur (7) configuré, d’une part, pour être disposé dans un habitacle de véhicule automobile, et d’autre part, pour stocker et restituer de la chaleur, ainsi qu’un dispositif aéraulique (9) configuré pour orienter l’air réchauffé par ladite batterie (3) électrique de l’enceinte (5) vers ledit accumulateur (7) de chaleur. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 SYSTÈME DE CHAUFFAGE POUR HABITACLE DE VÉHICULE AUTOMOBILE ET VÉHICULE COMPORTANT UN TEL SYSTÈME La présente invention se rapporte à la gestion du confort thermique dans un habitacle de véhicule automobile, notamment la gestion thermique de siège de véhicule automobile. La présente invention se rapporte plus particulièrement aux systèmes permettant d’utiliser la chaleur générée par une batterie électrique montée dans un véhicule automobile, avantageusement un véhicule électrique ou hybride, pour la gestion du confort thermique de l’habitacle du véhicule. En effet, dans les véhicules automobiles existants, la gestion du confort thermique au niveau des sièges, notamment le chauffage, est réalisée au moyen de résistances électriques positionnées dans l’assise dudit siège. Les résistances électriques, généralement des thermistances à coefficient de température positif, sont configurées pour transformer, par effet Joule, un courant électrique (les traversant) en chaleur, ceci afin de diffuser la chaleur ainsi générée dans l’assise dudit siège. Ces résistances électriques pour chauffer les sièges sont généralement utilisées lors de périodes où les températures sont très basses (généralement 5°C ou moins), par exemple en période hivernale. De plus, ces résistances sont généralement utilisées en début de trajet, pendant un laps de temps de l’ordre d’une dizaine de minutes, durée correspondant au temps nécessaire pour que l’habitacle du véhicule se réchauffe et arrive à une température de confort (ou de consigne) pour l’utilisateur du véhicule. Ces résistances électriques pour chauffer un siège sont plutôt un moyen complémentaire aux systèmes de chauffage, ventilation et/ou climatisation du véhicule (également désigné sous l’acronyme « HVAC » en langue anglaise), systèmes qui permettent une gestion thermique globale de l’habitacle. Ces résistances permettent donc, lorsque l’intérieur du véhicule est très froid, d’avoir très rapidement un chauffage de l’assise du siège et donc un premier niveau de confort thermique avant que l’habitacle n’atteigne la température de confort sélectionnée par l’utilisateur dudit véhicule. Cependant, de telles résistances électriques pour le chauffage de siège requièrent de grandes quantités d’électricité, cette nécessité peut être problématique pour la gestion électrique du véhicule, et notamment des batteries. De plus, dans le cas de véhicules électriques ou hybrides, l’utilisation de ce type de résistances diminue fortement l’autonomie du véhicule, par exemple jusqu’à 15 %, l’énergie électrique étant puisée sur la batterie de traction du véhicule. Il est donc nécessaire de trouver une alternative plus économique et moins énergivore pour permettre un chauffage rapide de l’habitacle, ou au moins d’un de ses éléments, par exemple d’un siège, lorsque les températures sont basses et lors des premières minutes d’utilisation du véhicule. La présente invention se propose ainsi de remédier à au moins un des inconvénients précités en proposant un nouveau type de système de chauffage pour habitacle de véhicule automobile, ledit système comprenant une batterie électrique disposée dans une enceinte, caractérisé en ce que ledit système comprend : - un accumulateur de chaleur configuré, d’une part, pour être disposé dans un habitacle de véhicule automobile, et d’autre part, pour stocker et restituer de la chaleur ; - un dispositif aéraulique configuré pour orienter l’air réchauffé par ladite batterie électrique de l’enceinte vers ledit accumulateur de chaleur. Le système de chauffage selon l’invention permet donc de récupérer l’énergie calorifique générée par une batterie électrique du véhicule, par exemple pendant les phases de chargement de la batterie, puis de la stocker, pour un usage immédiat ou ultérieur, dans un accumulateur de chaleur pour réchauffer, par restitution de chaleur stockée, l’habitacle du véhicule automobile. Ce système présente les avantages d’être facile et peu couteux à implémenter dans les véhicules automobiles comprenant des batteries électriques, par exemple les véhicules électriques. Le système selon l’invention permet ainsi de valoriser la chaleur (ou les calories) générée par une batterie pour améliorer rapidement le niveau de confort thermique des utilisateurs du véhicule, notamment en début d’utilisation du véhicule, et ceci sans consommer d’énergie électrique, donc sans dégradation de l’autonomie des véhicules électriques ou hybrides. Selon une caractéristique possible, ledit dispositif aéraulique comprend un volet ou une trappe. Ledit dispositif aéraulique peut également être motorisé et comprendre ainsi un actionneur ou un moteur, par exemple configuré pour orienter ou contrôler le volet (notamment pour ouvrir et fermer le volet). Un volet ou une trappe est une structure simple et peu couteuse pour orienter l’air réchauffé par la batterie vers l’accumulateur de chaleur, et permettre la mise en contact de l’air chaud avec l’accumulateur, pour faciliter le transfert de chaleur de l’air vers ledit accumulateur. Selon une autre caractéristique possible, le volet (ou trappe) présente une conformation permettant d’orienter l’air chaud, de l’enceinte vers l’accumulateur, sous la forme d’un flux d’air chaud. Ledit volet présente avantageusement une conformation permettant de canaliser, sous la forme d’un flux d’air, l’air chaud en provenance de l’enceinte de la batterie en direction de l’accumulateur, par exemple en présentant une forme courbée ou arrondie. Selon une autre caractéristique possible, ledit accumulateur de chaleur est configuré pour être fixé dans ou sous l’assise d’un siège de véhicule automobile. Selon une autre caractéristique possible, le système comprend un siège, par exemple avant ou arrière disposé dans un habitacle de véhicule automobile, ledit accumulateur de chaleur étant disposé sous ou dans l’assise dudit siège. Le fait de disposer l’accumulateur de chaleur au niveau d’un siège, et notamment dans l’assise du siège, permet de s’abstenir d’utiliser des résistances électriques chauffantes pour chauffer ledit siège, et donc de réduire la consommation électrique du véhicule pour réchauffer ledit siège, améliorant ainsi le confort thermique d’un utilisateur et l’autonomie des véhicules hybrides ou électriques. Selon une autre caractéristique possible, ledit dispositif aéraulique est configuré pour présenter au moins deux positions : - une première position, dite fermée, dans laquelle le dispositif bloque l’air réchauffé dans l’enceinte de la batterie ; - une deuxième position, dite ouverte, dans laquelle l’air chaud en provenance de la batterie est orienté vers l’accumulateur de chaleur. Selon une autre caractéristique possible, ledit accumulateur de chaleur comprend un matériau réfractaire. Ledit accumulateur de chaleur comprend avantageusement un matériau réfractaire pour l’accumulation (ou le stockage) et la restitution de chaleur dans l’habitacle, et par exemple au niveau de l’assise d’un siège disposé dans un habitacle de véhicule automobile. On notera qu’un matériau réfractaire est un matériau capable d’accumuler une grande quantité de chaleur, puis de restituer la chaleur accumulée de manière graduelle dans le temps, ainsi que de façon homogène sur toute sa surface. On notera aussi qu’un matériau réfractaire est un matériau dans les propriétés mécaniques et thermiques restent sensiblement similaires en fonction des contraintes thermiques et/ou mécaniques qui lui sont appliquées. Selon une autre caractéristique possible, l’accumulateur de chaleur comprend un matériau à changement de phase et/ou un matériau du type céramique. Les matériaux à changement de phase et les matériaux du type céramique permettent, d’une part, de stocker de grande quantité de chaleur et, d’autre part, une restitution de chaleur échelonnée dans le temps. Selon une autre caractéristique possible, le système comprend un ou plusieurs capteurs de température configurés pour contrôler ledit dispositif aéraulique (par exemple son activation et/ou son arrêt). Le système de chauffage selon l’invention comprend avantageusement un ou plusieurs capteurs de température configurés pour mesurer la température de l’air dans l’enceinte de la batterie, pour mesurer la température de l’accumulateur de chaleur, et/ou la température de l’habitacle du véhicule. Lesdits capteurs sont par exemple disposés dans l’enceinte de la batterie, à proximité ou au contact de l’accumulateur de chaleur, et/ou dans l’habitacle du véhicule. Selon une autre caractéristique possible, ladite batterie est une batterie de traction, par exemple une batterie de traction d’un véhicule hybride ou électrique. Selon une autre caractéristique possible, ladite enceinte de la batterie comprend au moins un plancher de véhicule automobile. Le système est avantageusement destiné à équiper un véhicule électrique ou hybride dans lequel la batterie est disposée dans une enceinte située, elle-même, sous le plancher ou intégrant au moins partiellement le plancher de l’habitacle du véhicule. De plus, ledit dispositif aéraulique est avantageusement situé au niveau de la partie supérieure de l’enceinte de la batterie, tel qu’un plancher de véhicule. L’invention concerne également un véhicule automobile, par exemple thermique, hybride ou électrique, caractérisé en ce que ledit véhicule comporte un système de chauffage pour habitacle de véhicule automobile tel que défini ci-dessus. L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celles-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante d’un mode de réalisation particulier de l’invention, donnée uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - La illustre une vue très schématique, partielle, et de côté d’un véhicule automobile électrique équipé d’un système de chauffage pour habitacle selon l’invention ; - la est une vue dans une position de fonctionnement dudit système de chauffage de la . Dans la description qui suit, le terme « comprendre » est synonyme de « inclure » et n’est pas limitatif en ce qu’il autorise la présence d’autres éléments dans le véhicule, ou la structure auxquels il se rapporte. Il est entendu que le terme « comprendre » inclut les termes « consister en ». De même, les termes « inférieur », « supérieur », « avant », « arrière », « longitudinal » et « transversal » s’entendront par rapport à l’orientation générale du véhicule automobile, que celui-ci soit thermique, hybride ou électrique. Le terme « inférieur » désignera une proximité au sol plus importante que « supérieur » selon l’axe vertical. Par ailleurs, on notera que sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. La illustre ainsi une vue très schématique, partielle et en coupe d’un véhicule automobile 2 équipé d’un système 1 de chauffage pour habitacle de véhicule automobile selon l’invention. Ledit système 1 selon l’invention est avantageusement destiné à équiper des véhicules automobiles électriques ou hybrides, et sera décrit ci-dessous pour un véhicule automobile électrique, mais ledit système 1 selon l’invention peut s’appliquer à tout type de véhicule, thermique, hybride ou électrique, tant que ces véhicules embarquent une ou plusieurs batteries électriques. Ledit système de chauffage 1 comprend ainsi : - une batterie électrique 3, par exemple la batterie de traction d’un véhicule électrique, disposée dans une enceinte 5 ; - un accumulateur de chaleur 7 configuré, d’une part, pour être disposé dans l’habitacle (non représenté) du véhicule automobile, et d’autre part, pour stocker et restituer la chaleur (notamment la chaleur accumulée) ; - un dispositif aéraulique 9 configuré pour orienter un flux d’air réchauffé par ladite batterie électrique 3 de l’enceinte 5 vers ledit accumulateur de chaleur 7. Ladite batterie électrique 3 est disposée dans une enceinte 5 fermée, l’enceinte 5 étant par exemple définie au moins partiellement par le plancher 5a de l’habitable du véhicule automobile 2, notamment pour la partie (ou paroi) supérieure de l’enceinte 5. On notera, par ailleurs, que l’enceinte 5 peut également être désignée sous le terme « bac batteries », ledit bac 5 étant généralement monté et fixé sous le plancher 5 de l’habitacle de façon hermétique, ceci afin de limiter les risques de remontées de poussière et d’eau dans le bac 5 pouvant provoquer un court-circuit, voire un incendie du véhicule. La batterie 3 comprend par ailleurs généralement une pluralité de cellules 3a reliées électriquement entre elles. L’accumulateur de chaleur 7 comprend, quant à lui, un matériau réfractaire, c’est-à-dire un matériau capable de stocker et de restituer de la chaleur. Un matériau réfractaire est, de plus, généralement résistant aux températures élevées, par exemple une température supérieure à 500°C, et de préférence supérieure à 800°C. Ledit matériau réfractaire est par exemple de la céramique, de l’argile, du béton, du ciment, du mortier, de la porcelaine, etc. ou une combinaison de ces différents matériaux. Par ailleurs, ledit système 1 comprend avantageusement un siège 11 avec une assise 11a, ledit siège 11 étant par exemple un siège avant conducteur ou passager. Ledit accumulateur 7 est par exemple disposé sous ou dans l’assise 11a du siège 11. Ledit dispositif aéraulique 9 comprend par exemple un volet 9a, ou une trappe, ainsi qu’un actionneur 9b, ou un moteur, configuré pour déplacer ledit volet 9a. Ledit volet 9a est par exemple monté dans une ouverture aménagée dans l’enceinte 5, par exemple une partie du plancher 5a du véhicule 2. L’ouverture et le volet 9a sont situés sensiblement en dessous de l’assise 11a du siège 11, ou au moins suffisamment proche pour que l’air chaud de l’enceinte 5 puisse être canalisé, sous forme d’un flux d’air, en direction de l’accumulateur 7. Par ailleurs, ledit dispositif aéraulique 9 (notamment le volet 9a) est configuré pour prendre (ou présenter) au moins deux positions distinctes : - une première position, dite position fermée, plus particulièrement visible à la , dans laquelle le dispositif 9, notamment le volet 9a, bloque l’air réchauffé par la batterie 3 dans l’enceinte 5 ; - une deuxième position, dite position ouverte, plus particulièrement visible à la , dans laquelle l’air réchauffé par la batterie 3 est orienté vers l’accumulateur 7 de chaleur. Le volet 9a présente avantageusement une conformation permettant, en position ouverte, d’orienter l’air chaud de l’enceinte 5 vers l’accumulateur 7, notamment sous la forme d’un flux d’air chaud. Ledit volet 9a présente avantageusement, pour canaliser l’air chaud sous forme d’un flux d’air, une forme arrondie, courbée ou demi-cylindrique creuse. Ce flux d’air chaud en entrant en contact avec l’accumulateur 7 transmet ainsi la chaleur de l’air à l’accumulateur 7 pour y être stockée dans le matériau réfractaire. En outre, ledit système 1 comprend au moins un capteur de température 13, par exemple disposé dans l’enceinte 5 de la batterie 3. Ledit capteur 13 est configuré pour mesurer la température de l’air dans l’enceinte 5. Ledit dispositif aéraulique 9 est, quant à lui, avantageusement asservi audit capteur 13, afin que l’ouverture et la fermeture du volet 9a soient fonction de la température mesurée par ledit capteur 13, par exemple en fonction d’une température seuil, telle qu’une température minimale, prédéterminée ou sélectionnée par l’utilisateur. Dans un mode de réalisation non représenté, le système 1 comprend une pluralité de capteurs de température, le capteur de température 13 disposé dans l’enceinte 5, un capteur de température configuré pour mesurer la température de l’accumulateur de chaleur 7, et/ou un capteur de température configuré pour mesurer la température de l’habitacle. Le dispositif aéraulique 9 est alors configuré pour être contrôlé (notamment l’ouverture et la fermeture du volet 9a) en fonction des températures mesurées par ces capteurs de température, par exemple en fonction d’une température minimale pour l’air de l’enceinte 5, d’une température maximale pour l’accumulateur de chaleur 7 et/ou de la température de l’habitacle. Avantageusement, le dispositif aéraulique 9 s’ouvre lorsque la température de l’air dans l’enceinte 5 est supérieure à la température de l’habitacle (et également lorsque la température de l’air de l’enceinte est supérieure à la température de l’accumulateur de chaleur). Le système de chauffage 1 selon l’invention, lorsqu’il équipe un véhicule électrique ou hybride, est avantageusement utilisé lors des phases de charge de la batterie 3 électrique, en effet c’est notamment lors de ces phases de charge que la batterie 3 chauffe, et réchauffe donc l’air de l’enceinte 5. Ainsi, lors d’une phase de charge de la batterie 3, le système 1 peut ainsi être configuré pour mesurer, au moyen du capteur de température 13, la température de l’air dans l’enceinte 5 de la batterie 3, et déclencher, si la température dépasse une valeur seuil prédéterminée, l’ouverture du volet 9a (au moyen du moteur 9b) du dispositif aéraulique 9. Ledit système 1 peut aussi être configuré pour conditionner l’ouverture du volet 9a du dispositif aéraulique 9 au fait que la température de l’air de l’enceinte 5 est supérieure à la température de l’habitacle du véhicule automobile 2 (soit par mesure de la température de l’habitacle au moyen d’un capteur de température dédié, soit par communication avec un ordinateur de bord du véhicule relié à un capteur adéquat). Lors du passage en position ouverte du volet 9a du dispositif aéraulique 9, l’air chaud en provenance de l’enceinte 5 est canalisé sous forme d’un flux d’air qui vient au contact de l’accumulateur de chaleur 7. Il y a alors transfert de chaleur du flux d’air vers l’accumulateur de chaleur 7, et donc stockage de chaleur par l’accumulateur 7. Lors de la fin de charge de la batterie 3 ou lorsque la température de l’habitacle atteint une température de consigne, le système 1 est avantageusement configuré pour que le volet 9a repasse, au moyen du moteur 9b, en position fermée. Par la suite, l’accumulateur de chaleur 7 chauffe le siège 11 en restituant la chaleur ainsi stockée (ou emmagasinée) par le matériau réfractaire, ceci par exemple durant une dizaine de minutes. Cette restitution de chaleur permet ainsi d’atteindre facilement un niveau de confort satisfaisant pour l’utilisateur en début d’utilisation du véhicule. Le système de chauffage selon l’invention permet donc de chauffer l’habitacle, notamment un siège, en consommant très peu d’électricité, et donc de réduire la consommation électrique du véhicule, augmentant ainsi l’autonomie globale du véhicule quand celui-ci est hybride ou électrique. Dans un mode de réalisation non représenté, l’accumulateur de chaleur 7 comprend un matériau à changement de phase en complément ou en remplacement du matériau réfractaire. Le matériau à changement de phase présente par exemple une température de changement de phase comprise entre 15 et 30°C, et préférentiellement entre 20 et 25 °C. Dans des alternatives de réalisation non représentées, l’accumulateur de chaleur 7 peut être disposé sur ou dans les portes, sur le plancher, etc. du véhicule. L’accumulateur peut donc être disposé n’importe où dans l’habitacle ou être intégré à n’importe quel élément tant que celui-ci est, d’une part, situé dans l’habitacle du véhicule et, d’autre part, exposé, au moyen du dispositif aéraulique 9, à un flux d’air réchauffé par la batterie 3 électrique du véhicule 2. Dans une variante de réalisation non représentée, le dispositif aéraulique 9 comprend une grille de type aérateur dont le débit et/ou l’orientation sont modulables, par exemple au moyen d’un actionneur 9b ou d’un moteur. Système de chauffage (1) pour habitacle de véhicule automobile, ledit système (1) comprenant une batterie (3) électrique disposée dans une enceinte (5), caractérisé en ce que ledit système (1) comprend : - un accumulateur de chaleur (7) configuré, d’une part, pour être disposé dans un habitacle de véhicule automobile, et d’autre part, pour stocker et restituer de la chaleur ; - un dispositif aéraulique (9) configuré pour orienter l’air réchauffé par ladite batterie (3) électrique de l’enceinte (5) vers ledit accumulateur (7) de chaleur. Système (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit dispositif aéraulique (9) comprend un volet (9a) ou une trappe. Système (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le volet (9a) présente une conformation permettant d’orienter l’air chaud, de l’enceinte (5) vers l’accumulateur (7), sous la forme d’un flux d’air chaud. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système (1) comprend un siège (11), ledit accumulateur de chaleur (7) étant disposé sous ou dans l’assise (11a) dudit siège (11). Système (1) selon la revendication précédente, caractérisé ce que ledit dispositif aéraulique (9) est configuré pour présenter au moins deux positions : - une première position, dite fermée, dans laquelle le dispositif (9) bloque l’air réchauffé dans l’enceinte (5) de la batterie (3) ; - une deuxième position, dite ouverte, dans laquelle l’air chaud en provenance de la batterie (3) est orienté vers l’accumulateur de chaleur (7). Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit accumulateur de chaleur (7) comprend un matériau réfractaire. Système (1) selon la revendication précédente, caractérisé en que l’accumulateur de chaleur (7) comprend un matériau à changement de phase et/ou un matériau du type céramique. Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système (1) comprend un ou plusieurs capteurs de température (13) configurés pour contrôler ledit dispositif aéraulique (9). Système (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite batterie (3) est une batterie de traction. Véhicule automobile (2), caractérisé en ce qu’il comporte un système de chauffage (1) pour habitacle de véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications précédentes.