Brevet FR3151532A1 — publié le 20250131

Le système de conditionnement d’air (SCA) de l’habitacle d’un véhicule électrique (VE) comprend une pompe à chaleur réversible de type air/air (PAC). Conformément à l’invention, la pompe à chaleur comprend une interface d’échange thermique (CT) avec un dispositif de thermorégulation (CTR) d’un stockeur électrique de traction (BAT) du véhicule, l’interface d’échange thermique comprenant un dispositif d’échange thermique (ET) ayant un circuit évaporateur de circulation de fluide frigorigène (cff) intégré dans une boucle frigorigène de la pompe à chaleur et un circuit échangeur de circulation de fluide caloporteur (cfc) intégré dans le dispositif de thermorégulation du stockeur électrique de traction, et un moyen piloté (VA) d’établissement dans le dispositif de thermorégulation du stockeur électrique de traction d’une boucle de réchauffement de fluide caloporteur incluant le circuit échangeur de circulation de fluide caloporteur. Figure 1 SYSTÈME DE CONDITIONNEMENT D’AIR DE L’HABITACLE D’UN VÉHICULE ÉLECTRIQUE La présente invention concerne de manière générale le conditionnement d’air de l’habitacle d’un véhicule électrique. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un système de conditionnement d’air de l’habitacle d’un véhicule électrique. Dans un véhicule thermique, le moteur à combustion dégage une quantité importante de calories qui sont évacuées par le circuit de refroidissement du véhicule. Le chauffage de l’habitacle du véhicule est assuré par un aérotherme dans lequel circule le fluide caloporteur du circuit de refroidissement du moteur. Dans un véhicule électrique, le moteur électrique de traction a un rendement énergétique important et ne génère que peu de pertes thermiques susceptibles d’être utilisées pour chauffer l’habitacle. Pour assurer un bon confort thermique par temps froid, l’énergie disponible dans le stockeur électrique de traction du véhicule doit être utilisée pour chauffer l’habitacle du véhicule. La consommation électrique du chauffage de l’habitacle impacte l’autonomie du véhicule électrique. Le système de pompe à chaleur réversible air/air, qui offre un rendement énergétique avantageux, s’est imposé comme une solution intéressante pour le conditionnement d’air de l’habitacle du véhicule électrique. Cependant, par très grand froid, avec des températures extérieures inférieures à -20°C, le système de pompe à chaleur n’est plus dans sa plage de fonctionnement et est inefficace pour chauffer l’habitacle du véhicule. Dans l’état de la technique, afin de pallier au manque d’efficacité du système de pompe à chaleur pour les températures extérieures inférieures à -20°C, il est connu d’adjoindre à ce dernier une radiateur électrique résistif à coefficient de température positif (CTP), dite « PTC heater » en anglais. Le radiateur résistif « CTP » est alimenté par la haute tension continue délivrée par le stockeur électrique de traction du véhicule. Ce radiateur résistif « CTP », qui augmente sa valeur ohmique avec la température, auto-régule ainsi sa puissance de chauffage par un ajustement du courant électrique qui le traverse. Il a cependant un inconvénient qui est d’impacter sensiblement le coût du système de conditionnement d’air de l’habitacle du véhicule électrique. Par le document US5967224A, il est connu dans un véhicule de supprimer un conduit coûteux du dispositif de chauffage de l’habitacle lorsqu’un climatiseur est monté dans le véhicule. Par le document US20100154445A1, il est connu de monter dans un véhicule, tel qu’un véhicule militaire blindé, une unité de climatisation amovible en lieu et place d’un dispositif de chauffage de l’habitacle, de façon à adapter le véhicule aux conditions climatiques d’une zone géographique. La présente invention vise à fournir un système de conditionnement d’air de l’habitacle d’un véhicule électrique apte à fonctionner avec des températures extérieures inférieures à -20°C, sans avoir à intégrer un radiateur résistif « CTP » comme dans les systèmes de l’état de la technique. Selon un premier aspect, l’invention concerne un système de conditionnement d’air de l’habitacle dans un véhicule électrique, comprenant une pompe à chaleur réversible de type air/air. Conformément à l’invention, la pompe à chaleur comprend une interface d’échange thermique avec un dispositif de thermorégulation d’un stockeur électrique de traction du véhicule, l’interface d’échange thermique comprenant un dispositif d’échange thermique ayant un circuit évaporateur de circulation de fluide frigorigène intégré dans une boucle frigorigène de la pompe à chaleur et un circuit échangeur de circulation de fluide caloporteur intégré dans le dispositif de thermorégulation du stockeur électrique de traction, et un moyen piloté d’établissement dans le dispositif de thermorégulation du stockeur électrique de traction d’une boucle de réchauffement de fluide caloporteur incluant le circuit échangeur de circulation de fluide caloporteur. Selon une caractéristique particulière, le moyen piloté est une vanne à trois voies pilotée électriquement. L’invention concerne aussi un ensemble intégré dans un véhicule électrique comprenant un système de conditionnement d’air de l’habitacle comme brièvement décrit ci-dessus et un dispositif de thermorégulation d’un stockeur électrique de traction du véhicule électrique, le dispositif de thermorégulation comprenant une boucle de réchauffement de fluide caloporteur incluant un réchauffeur électrique et la boucle de réchauffement de fluide caloporteur étant activée par le système de conditionnement d’air lorsqu’un transfert de calories du dispositif de thermorégulation vers le système de conditionnement d’air est nécessaire. Selon une caractéristique particulière, la boucle de réchauffement de fluide caloporteur est activée par le système de conditionnement d’air lorsque la température extérieure est inférieure à -20°C. Selon une autre caractéristique particulière, la boucle de réchauffement de fluide caloporteur est activée par le système de conditionnement d’air lorsque la température extérieure est comprise dans la plage de -20°C à -40°C. L’invention concerne aussi un véhicule électrique comprenant un ensemble comme brièvement décrit ci-dessus. D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous d’une forme de réalisation particulière de l’invention, en référence au dessin annexé, dans lequel : La est un bloc-diagramme de principe d’une forme de réalisation particulière du système selon l’invention pour le conditionnement d’air de l’habitacle d’un véhicule électrique. En référence à la , il est maintenant décrit à titre d’exemple une forme de réalisation particulière SCA d’un système selon l’invention pour le conditionnement d’air de l’habitacle d’un véhicule électrique VE. Le système de conditionnement d’air SCA assure le conditionnement thermique chaud/froid de l’habitacle du véhicule VE. Conformément à l’invention, dans le mode de génération d’air chaud, le système de conditionnement d’air SCA est couplé thermiquement à un dispositif de thermorégulation CTR d’un stockeur électrique de traction BAT du véhicule VE. Ce couplage thermique avec le dispositif de thermorégulation CTR permet, lorsque les températures extérieures sont très basses, typiquement inférieures à -20°C, de récupérer des calories présentes dans le dispositif CTR au profit d’une pompe à chaleur PAC incluse dans le système de conditionnement d’air SCA. Les calories récupérées permettent une extension de la plage de fonctionnement de la pompe à chaleur PAC jusqu’à des températures bien inférieures à -20°C, typiquement jusqu’à -40°C. Le système de conditionnement d’air SCA comprend essentiellement une unité de chauffage, ventilation et climatisation HVAC à laquelle est associée la pompe à chaleur PAC susmentionnée. La pompe à chaleur PAC est une pompe réversible de type air/air et est équipée d’une interface d’échange thermique CT autorisant un couplage thermique avec le dispositif de thermorégulation CTR. La pompe à chaleur PAC comprend un circuit frigorigène dans lequel sont intégrés notamment un compresseur électrique CP destiné à comprimer un fluide frigorigène, désigné « ff » par la suite, un échangeur thermique condenseur CD, un échangeur thermique évaporateur EV, une soupape de détente SD et l’interface d’échange thermique CT susmentionnée. Le condenseur CD et l’évaporateur EV sont intégrés dans l’unité HVAC. Dans l’unité HVAC, un pulseur d’air PS commande une circulation forcée de l’air AIR à travers le condenseur CD ou l’évaporateur EV selon que le mode de génération d’air chaud ou le mode de génération d’air froid est activé. L’invention concernant la génération d’air chaud dans l’habitacle, c’est le condenseur CD qui est actif, l’évaporateur EV étant lui désactivé. C’est la raison pour laquelle seule la boucle frigorigène du condenseur CD, avec le compresseur CP, la soupape de détente SD et l’interface d’échange thermique CT reliés par des liaisons frigorifiques, est représentée à la . Le dispositif de thermorégulation CTR du stockeur électrique BAT comprend un fluide caloporteur typiquement sous la forme d’un liquide de refroidissement de type eau glycolée, désigné « fc » par la suite, qui est propulsé par une pompe électrique PO à travers différents organes et conduits de raccordement du circuit. Outre la pompe PO et les conduits de raccordement susmentionnés, le dispositif CTR comprend également un réchauffeur électrique RE et un circuit d’échange thermique EB intégré dans le stockeur électrique BAT. La fonction principale du réchauffeur électrique RE est de réchauffer le fluide caloporteur fc lorsque cela est nécessaire de façon à porter la température interne du stockeur électrique BAT à une température de fonctionnement optimale. L’invention octroie au réchauffeur électrique RE une fonction additionnelle qui est de réchauffer le fluide caloporteur fc de façon à fournir des calories à la pompe à chaleur PAC via l’interface d’échange thermique CT. Comme visible à la , l’interface d’échange thermique CT comprend essentiellement un échangeur thermique ET et une vanne pilotée VA. L’échangeur thermique ET comprend un circuit évaporateur de fluide frigorigène cff qui est intégré dans la boucle de fluide frigorigène de la pompe à chaleur PAC et un circuit échangeur de fluide caloporteur cfc qui est intégré dans le dispositif de thermorégulation CTR. Les circuits cff et cfc sont couplés thermiquement pour permettre des transferts de calories. La vanne VA est ici une vanne à 3 voies qui est pilotée électriquement. La vanne VA permet de déterminer le chemin du fluide caloporteur fc dans le dispositif de thermorégulation CTR en fonction du mode de fonctionnement. La vanne VA est un moyen piloté qui, lorsqu’un transfert de calories vers la pompe à chaleur PAC est nécessaire, permet d’établir une boucle de réchauffement de fluide caloporteur, avec le réchauffeur électrique RE activé, qui est dédiée au transfert de calories via l’échangeur thermique ET. Dans un mode conventionnel de fonctionnement du dispositif CTR pour réguler la température interne du stockeur électrique BAT, le fluide caloporteur fc est propulsé par la pompe PO vers la vanne VA, traverse la vanne VA via une entrée A et une sortie B (flèche en pointillé), puis le circuit d’échange thermique EB du stockeur, le circuit cfc de l’échangeur thermique ET et le réchauffeur électrique RE, avant d’être repris par la pompe PO. Dans le mode de fonctionnement de transfert de calories du dispositif de thermorégulation CTR vers la pompe à chaleur PAC, le réchauffeur électrique RE est activé et la boucle de réchauffement de fluide caloporteur susmentionnée est établie par un pilotage adéquat de la vanne A. Ainsi, dans la boucle de réchauffement de fluide caloporteur, le fluide caloporteur fc est propulsé par la pompe PO vers la vanne VA, traverse la vanne VA via l’entrée A et une sortie C (flèche en trait plein), puis le circuit cfc de l’échangeur thermique ET et le réchauffeur électrique RE, avant d’être repris par la pompe PO. Le fluide caloporteur chaud fc libère ainsi des calories dans l’échangeur thermique ET. Lorsque le système de conditionnement d’air SCA fonctionne dans le mode de génération d’air chaud, le mode de fonctionnement susmentionné de transfert de calories du dispositif de thermorégulation CTR vers la pompe à chaleur PAC est activé lorsque les températures extérieures sont très basses, typiquement inférieures à -20°C. Dans le mode de génération d’air chaud, le fluide frigorigène ff est comprimé par le compresseur CP et monte en température. Le fluide frigorigène chaud ff libère ensuite des calories dans le condenseur CD et l’air AIR pulsé à travers ce dernier est ainsi chauffé. Le fluide frigorigène ff traverse ensuite la soupape de détente SD et chute consécutivement en température. Le fluide frigorigène froid ff traverse ensuite l’échangeur thermique ET, par le circuit évaporateur cfc, avant d’être repris par le compresseur CP pour un nouveau cycle de génération de chaleur. Lorsque les températures extérieures sont très basses, typiquement inférieures à -20°C et que le mode de fonctionnement de transfert de calories du dispositif de thermorégulation CTR vers la pompe à chaleur PAC est activé, des calories générées par le réchauffeur électrique RE sont libérées par le fluide caloporteur chaud fc dans l’échangeur thermique ET. Ces calories disponibles dans l’échangeur thermique ET réchauffe le fluide frigorigène froid ff qui traverse le circuit évaporateur cfc. Ainsi, l’apport des calories en provenance du réchauffeur électrique RE et transférées au fluide frigorigène ff via l’échangeur thermique ET permet à la pompe à chaleur PA de rester fonctionnelle dans le mode de génération d’air chaud jusqu’à des températures extérieures bien inférieures à -20°C, typiquement jusqu’à -40°C. L’invention ne se limite pas à la forme de réalisation particulière qui a été décrite ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention. Système de conditionnement d’air de l’habitacle dans un véhicule électrique (VE), comprenant une pompe à chaleur réversible de type air/air (PAC), caractérisé en ce que ladite pompe à chaleur (PAC) comprend une interface d’échange thermique (CT) avec un dispositif de thermorégulation (CTR) d’un stockeur électrique de traction (BAT) dudit véhicule (VE), ladite interface d’échange thermique (CT) comprenant un dispositif d’échange thermique (ET) ayant un circuit évaporateur de circulation de fluide frigorigène (cff) intégré dans une boucle frigorigène (cff, CP, CD, SD) de ladite pompe à chaleur (PA) et un circuit échangeur de circulation de fluide caloporteur (cfc) intégré dans ledit dispositif de thermorégulation (CTR) dudit stockeur électrique de traction (BAT), et un moyen piloté (VA) d’établissement dans ledit dispositif de thermorégulation (CTR) dudit stockeur électrique de traction (BAT) d’une boucle de réchauffement de fluide caloporteur (cfc, RE, PO, VA(A-C)) incluant ledit circuit échangeur de circulation de fluide caloporteur (cfc). Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen piloté est une vanne à trois voies pilotée électriquement (VA). Ensemble intégré dans un véhicule électrique (VE) comprenant un système de conditionnement d’air (SCA) selon la revendication 1 ou 2 et un dispositif de thermorégulation (CTR) d’un stockeur électrique de traction (BAT) dudit véhicule électrique (VE), caractérisé en ce que ledit dispositif de thermorégulation (CTR) comprend une boucle de réchauffement de fluide caloporteur (cfc, RE, PO, VA(A-C)) incluant un réchauffeur électrique (RE), ladite boucle de réchauffement de fluide caloporteur étant activée par ledit système de conditionnement d’air (SCA) lorsqu’un transfert de calories dudit dispositif de thermorégulation (CTR) vers ledit système de conditionnement d’air (SCA) est nécessaire. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite boucle de réchauffement de fluide caloporteur (cfc, RE, PO, VA(A-C)) est activée par ledit système de conditionnement d’air (SAC) lorsque la température extérieure est inférieure à -20°C. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite boucle de réchauffement de fluide caloporteur (cfc, RE, PO, VA(A-C)) est activée par ledit système de conditionnement d’air (SCA) lorsque la température extérieure est comprise dans la plage de -20°C à -40°C. Véhicule électrique (VE) caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble (SCA, CTR) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5.