VEHICULE HYBRIDE COMPRENANT UN CHARGEUR EMBARQUEHYBRID VEHICLE COMPRISING AN INBOARD CHARGER
La présente invention concerne un véhicule hybride comportant un système de conditionnement thermique des accumulateurs électriques, appelés aussi batterie, destinés à la traction de ce véhicule, ainsi qu'un chargeur embarqué prévu pour recharger cette batterie. Les véhicules hybrides électriques comportent généralement un moteur thermique alimenté en carburant, et une machine électrique de traction venant en complément pour délivrer un couple moteur ou pour recharger la batterie, de manière à optimiser la consommation globale de ce véhicule. Les véhicules hybrides peuvent comporter pour le stockage de l'énergie électrique, des accumulateurs électrochimiques ou des condensateurs de forte capacité, appelés par la suite globalement batterie, comprenant des séries d'éléments qui accumulent de l'énergie électrique et peuvent la restituer pour alimenter notamment la machine électrique de traction. Les véhicules hybrides peuvent aussi comporter un chargeur embarqué qui se connecte à un réseau extérieur domestique ou public d'alimentation en courant électrique, de manière à recharger la batterie à partir de ce réseau quand le véhicule est à l'arrêt, notamment la nuit ou pendant les stationnements prolongés. La batterie étant en activité, que ce soit pendant sa recharge par le chargeur embarqué, ou en cours de roulage du véhicule, elle dégage des calories notamment par effet Joule dû au passage du courant, et par les réactions chimiques exothermiques s'y déroulant.The present invention relates to a hybrid vehicle comprising a thermal conditioning system of the electric accumulators, also called battery, intended for the traction of this vehicle, and an on-board charger intended to recharge this battery. Hybrid electric vehicles generally comprise a fuel-powered thermal engine, and an electric traction machine that complements to provide engine torque or to recharge the battery, so as to optimize the overall consumption of the vehicle. Hybrid vehicles may include for the storage of electrical energy, electrochemical accumulators or capacitors of high capacity, hereinafter referred to as overall battery, comprising series of elements that accumulate electrical energy and can restore it to power especially the electric traction machine. Hybrid vehicles may also include an on-board charger that connects to a domestic or public external power supply network, so as to recharge the battery from that network when the vehicle is stationary, especially at night or during prolonged parking. The battery is active, either during charging by the on-board charger, or while driving the vehicle, it releases calories including Joule effect due to the passage of the current, and the exothermic chemical reactions taking place there.
La batterie comporte des limites de température préférentielles pour son utilisation. Une température de fonctionnement trop élevée, par exemple supérieure à une plage comprise entre 40 et 50°C suivant la technologie utilisée, diminue son rendement, sa durée de vie ainsi que sa capacité de charge et de décharge, et peut poser des problèmes de sécurité. De même une utilisation de la batterie à des températures trop basses, notamment inférieures à une valeur comprise dans une plage pouvant aller de 0 à 20°C, pendant la recharge par exemple, peut diminuer ses performances en utilisation, sa durée de vie et sa capacité de stockage. En ce qui concerne le chargeur embarqué, il génère aussi des calories en cours de fonctionnement, notamment par les pertes survenant dans le processus de conversion de la puissance électrique, entre le courant alternatif fourni par le réseau, et le courant continu délivré à la batterie sous une tension appropriée. Pour le chargeur embarqué, il faut faire attention à ne pas dépasser une limite supérieure de température, au-delà de laquelle ses composants 10 peuvent être endommagés. Un système de conditionnement thermique connu pour un véhicule, présenté notamment par le document US-5834132, comprend un circuit de liquide de refroidissement relié à la batterie, et à la machine électrique de traction, le fluide étant mis en circulation par une pompe pour alimenter un 15 échangeur thermique liquide-air, ou radiateur, afin d'évacuer des calories dans l'air ambiant extérieur au véhicule. Un problème qui se pose avec ce système de conditionnement thermique, est que le circuit de liquide de refroidissement est commun pour la batterie, et la machine électrique, alors que les besoins de ces éléments 20 sont forts différents. En particulier le niveau de température nécessaire pour un bon fonctionnement de la batterie, peut être nettement inférieur à celui de la machine électrique. Il est difficile de gérer alors par un même circuit de fluide des niveaux de température différents, et les dimensions de certains éléments, notamment des échangeurs et de la pompe à eau, doivent être 25 fortement augmentées pour cela. De plus, le chargeur embarqué ne possède pas de système de conditionnement thermique permettant d'optimiser son fonctionnement ainsi que la puissance de charge délivrée à la batterie. Il est connu par ailleurs de réaliser un circuit de liquide de 30 refroidissement pour un système de conditionnement thermique de la batterie ou du chargeur embarqué, qui est relié aux circuits de chauffage et de climatisation de l'habitacle du véhicule, ou de refroidissement du moteur thermique, avec un fluide commun. Un problème qui se pose est que ce système de conditionnement est alors complexe à réaliser et à faire fonctionner, en particulier dans le cas où le véhicule est arrêté avec le contact coupé, les différentes installations de chauffage et de climatisation, ou de refroidissement du moteur thermique, n'étant pas alimentées et ne fonctionnant pas. On notera que les différences de température sont aussi difficiles à gérer. De plus dans le cas où la batterie et le chargeur embarqué se trouvent à l'arrière du véhicule, il faut prévoir des canalisations qui partent de ces éléments pour aller jusqu'à l'installation de chauffage et de climatisation qui se trouve généralement à l'avant du véhicule, ce qui nécessite des longueurs de canalisations importantes entraînant des pertes de charge dans le circuit, des échanges thermiques additionnels qui peuvent être indésirables, ainsi que des risques plus élevés de défaillance. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer un système de conditionnement thermique de la batterie et de son chargeur embarqué, qui soit simple et efficace.The battery has preferred temperature limits for use. An excessively high operating temperature, for example greater than a range between 40 and 50 ° C depending on the technology used, reduces its efficiency, its lifetime as well as its charging and discharging capacity, and may pose safety problems. . Similarly, use of the battery at too low temperatures, especially below a value ranging from 0 to 20 ° C, during recharging, for example, may reduce its performance in use, its life and its durability. storage capacity. With regard to the on-board charger, it also generates calories during operation, in particular by the losses occurring in the process of converting the electrical power, between the alternating current supplied by the network, and the direct current delivered to the battery. under proper tension. For the on-board charger, care must be taken not to exceed an upper temperature limit, beyond which its components may be damaged. A known thermal conditioning system for a vehicle, presented in particular by US-5834132, comprises a coolant circuit connected to the battery, and to the electric traction machine, the fluid being circulated by a pump to supply a liquid-air heat exchanger, or radiator, for discharging calories into the ambient air outside the vehicle. A problem with this thermal conditioning system is that the coolant circuit is common for the battery, and the electric machine, while the needs of these elements are quite different. In particular the temperature level necessary for proper operation of the battery, may be significantly lower than that of the electric machine. It is difficult to manage then by the same fluid circuit different temperature levels, and the dimensions of some elements, including exchangers and the water pump, must be greatly increased for this. In addition, the on-board charger does not have a thermal conditioning system to optimize its operation and the charging power delivered to the battery. It is also known to provide a cooling liquid circuit for a thermal conditioning system of the battery or on-board charger, which is connected to the heating and air conditioning circuits of the passenger compartment of the vehicle, or of the cooling of the engine. thermal, with a common fluid. A problem that arises is that this packaging system is then complex to achieve and operate, especially in the case where the vehicle is stopped with the ignition off, the various heating and air conditioning, or cooling the engine thermal, not being powered and not working. Note that temperature differences are also difficult to manage. Moreover, in the case where the battery and the on-board charger are at the rear of the vehicle, it is necessary to provide pipelines from these elements to the heating and air-conditioning system, which is generally located at the rear of the vehicle. front of the vehicle, which requires lengths of major pipes causing losses in the circuit, additional heat exchanges that may be undesirable, as well as higher risk of failure. The present invention is intended to avoid these disadvantages of the prior art, and to propose a thermal conditioning system of the battery and its on-board charger, which is simple and effective.
Elle propose à cet effet un véhicule hybride comprenant un chargeur embarqué qui peut être connecté à un réseau d'alimentation électrique externe, pour charger une batterie d'alimentation notamment d'une machine électrique de traction de ce véhicule, et un système de conditionnement thermique de cette batterie comportant un circuit de liquide de refroidissement mis en circulation par une pompe pour alimenter un échangeur thermique de refroidissement, caractérisé en ce que le circuit de liquide de refroidissement qui est relié d'une part au chargeur embarqué de manière à pouvoir le refroidir, et d'autre part à la batterie de manière à pouvoir la refroidir ou la réchauffer, constitue un circuit indépendant des autres circuits de liquide d'échanges thermiques du véhicule, utilisés notamment pour le refroidissement du moteur thermique, de la machine électrique de traction, ou pour le chauffage de l'habitacle, et en ce que l'échangeur thermique comporte un pulseur qui prélève un flux d'air dans l'habitacle du véhicule, pour le refroidir. Un avantage de ce véhicule hybride est que l'on peut optimiser le fonctionnement du système de conditionnement de la batterie, avec des températures du circuit de liquide restant basses qui conviennent pour un bon fonctionnement de cette batterie, indépendamment des températures nécessaires pour les autres circuits d'échanges thermiques qui sont généralement plus élevées.It proposes for this purpose a hybrid vehicle comprising an on-board charger that can be connected to an external power supply network, for charging a power supply battery including an electric traction machine of this vehicle, and a thermal conditioning system. of this battery comprising a coolant circuit circulated by a pump for supplying a cooling heat exchanger, characterized in that the coolant circuit which is connected on the one hand to the on-board charger so as to be able to cool it , and secondly to the battery so as to be able to cool or heat it, constitutes a circuit independent of the other heat exchange fluid circuits of the vehicle, used in particular for cooling the heat engine, the electric traction machine , or for the heating of the passenger compartment, and in that the heat exchanger comprises a pulseu r which draws a flow of air into the cabin of the vehicle, to cool it. An advantage of this hybrid vehicle is that the operation of the battery conditioning system can be optimized, with low liquid circuit temperatures remaining suitable for proper operation of this battery, regardless of the temperatures required for the other circuits. heat exchanges which are generally higher.
Le véhicule hybride selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le circuit de liquide de refroidissement comporte un débit de fluide qui alimente en parallèle la batterie et le chargeur.The hybrid vehicle according to the invention may further comprise one or more of the following features, which may be combined with one another. Advantageously, the coolant circuit comprises a flow of fluid which supplies the battery and the charger in parallel.
Selon un premier mode de réalisation, le circuit hydraulique comporte une vanne trois voies comprenant une commande électrique pour diriger le passage du liquide de refroidissement, soit uniquement vers la batterie, soit uniquement vers le chargeur, ou soit vers les deux à la fois. Selon un deuxième mode de réalisation, le circuit hydraulique comporte une vanne trois voies disposée à la sortie de la batterie et du chargeur, qui comprend une commande thermostatique. Avantageusement, le chargeur étant en dessous d'un seuil de température, la commande thermostatique se trouve au repos, et ferme presque entièrement le passage du liquide de refroidissement venant de ce chargeur. En particulier, le véhicule hybride peut comporter un ensemble comprenant la machine électrique de traction, la batterie, le chargeur et le système de conditionnement thermique, qui se trouve à proximité du train arrière pour entraîner les roues arrière de ce véhicule.According to a first embodiment, the hydraulic circuit comprises a three-way valve comprising an electric control to direct the passage of the coolant, either only to the battery, or only to the charger, or to both at once. According to a second embodiment, the hydraulic circuit comprises a three-way valve disposed at the output of the battery and the charger, which comprises a thermostatic control. Advantageously, the charger being below a temperature threshold, the thermostatic control is at rest, and almost completely closes the passage of the coolant coming from this charger. In particular, the hybrid vehicle may comprise an assembly comprising the electric traction machine, the battery, the charger and the thermal conditioning system, which is close to the rear axle for driving the rear wheels of this vehicle.
Selon une variante, l'échangeur thermique comporte plusieurs groupes de tubes, comprenant chacun des tubes de refroidissement disposés en parallèle, le flux du liquide de refroidissement du chargeur et de la batterie comportant chacun un parcours différent de ces groupes de tubes. L'invention a aussi pour objet un procédé de fonctionnement d'un système de conditionnement thermique d'une batterie, comportant un pulseur d'air de refroidissement de l'échangeur thermique, procédé pour lequel la batterie étant en cours de recharge par le chargeur, et se trouvant en dessous d'un certain seuil de température, la pompe fait circuler le liquide à la fois dans la batterie et le chargeur, et le pulseur d'air est maintenu à l'arrêt.According to one variant, the heat exchanger comprises several groups of tubes, each comprising cooling tubes arranged in parallel, the coolant flow of the charger and the battery each comprising a path different from these groups of tubes. The invention also relates to a method of operating a thermal conditioning system of a battery, comprising a cooling air blower of the heat exchanger, the method for which the battery is being recharged by the charger and, being below a certain temperature threshold, the pump circulates the liquid in both the battery and the charger, and the air blower is kept at a standstill.
Avantageusement, le procédé de fonctionnement règle de manière continue la vitesse de rotation de la pompe et du pulseur. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'un premier circuit de liquide de refroidissement, pour un véhicule hybride selon l'invention ; - la figure 2 est en variante un schéma d'un deuxième circuit de liquide de refroidissement, pour un véhicule hybride selon l'invention ; - la figure 3 est en variante un schéma d'un troisième circuit de liquide de refroidissement, pour un véhicule hybride selon l'invention ; - les figures 3a et 3b présentent la vanne à trois voies du troisième circuit dans deux positions de fonctionnement ; et - la figure 4 est en variante un schéma d'un quatrième circuit de liquide de refroidissement, pour un véhicule hybride selon l'invention.Advantageously, the operating method continuously adjusts the speed of rotation of the pump and the blower. The invention will be better understood and other features and advantages will emerge more clearly on reading the following description given by way of example, with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a diagram of a first coolant circuit, for a hybrid vehicle according to the invention; - Figure 2 is a schematic of a second coolant circuit, for a hybrid vehicle according to the invention; FIG. 3 is a diagram of a third coolant circuit for a hybrid vehicle according to the invention; - Figures 3a and 3b show the three-way valve of the third circuit in two operating positions; and FIG. 4 is a diagram of a fourth coolant circuit for a hybrid vehicle according to the invention.
La figure 1 présente un circuit de liquide de refroidissement 1 relié à une batterie 2, un chargeur embarqué 4, un radiateur constituant un échangeur thermique 10 entre le liquide de refroidissement et l'air de l'habitacle du véhicule 14, et un réservoir de liquide 8 permettant une expansion de ce liquide due aux dilatations des différents composants du circuit fermé, ainsi qu'un remplissage et un dégazage de ce circuit.FIG. 1 shows a coolant circuit 1 connected to a battery 2, an on-board charger 4, a radiator constituting a heat exchanger 10 between the coolant and the air of the passenger compartment of the vehicle 14, and a fuel tank. liquid 8 for an expansion of this liquid due to the expansion of the various components of the closed circuit, and a filling and degassing of this circuit.
En variante, le réservoir de liquide 8 représenté séparé de l'échangeur thermique 10, peut être intégré à une boîte à eau d'entrée ou de sortie de cet échangeur thermique. On notera que le refroidissement du chargeur 4 utilise un liquide de refroidissement de préférence à un flux d'air, qui nécessiterait une alimentation en air frais avec une convection forcée par un pulseur dédié. En effet, le chargeur 4 nécessite un refroidissement seulement en phase de recharge de la batterie sur le réseau électrique extérieur, le véhicule étant alors à l'arrêt avec une très faible convection naturelle. De plus, la conductivité thermique de l'air est nettement plus faible que celle de l'eau. Une pompe électrique 6 génère une circulation du liquide de refroidissement, elle prélève le fluide en sortie de l'échangeur thermique 10 et le distribue en parallèle vers la batterie 2 et le chargeur 4, pour généralement refroidir ces deux éléments par un réchauffement du fluide.Alternatively, the liquid reservoir 8 shown separated from the heat exchanger 10 can be integrated into an inlet or outlet water box of this heat exchanger. It will be noted that the cooling of the charger 4 uses a coolant preferably in a flow of air, which would require a supply of fresh air with forced convection by a dedicated blower. Indeed, the charger 4 requires cooling only in the charging phase of the battery on the external power network, the vehicle then being stopped with a very low natural convection. In addition, the thermal conductivity of air is significantly lower than that of water. An electric pump 6 generates a circulation of the coolant, it takes the fluid output of the heat exchanger 10 and distributes it in parallel to the battery 2 and the charger 4, to generally cool these two elements by heating the fluid.
Le liquide de refroidissement revient ensuite vers l'entrée de l'échangeur thermique 10, pour céder des calories à l'air 14 qui est prélevé dans l'habitacle au travers d'une paroi 16 de cet habitacle, par un pulseur 12 accolé à l'échangeur. Le pulseur 12 peut aussi en tournant dans l'autre sens, envoyer l'air traversant l'échangeur thermique 10 dans l'habitacle. On notera que la disposition en parallèle des circuits traversant la batterie 2 et le chargeur embarqué 4, comporte pour le passage du liquide de refroidissement une perte de charge plus faible que pour une disposition en série, ce qui permet d'utiliser une pompe électrique 6 de puissance réduite.The coolant then returns to the inlet of the heat exchanger 10, to give calories to the air 14 which is taken in the passenger compartment through a wall 16 of this cabin, by a blower 12 attached to the exchanger. The blower 12 can also turn in the other direction, send air through the heat exchanger 10 in the passenger compartment. It will be noted that the parallel arrangement of the circuits passing through the battery 2 and the on-board charger 4 has a lower pressure drop for the passage of the coolant than for a series arrangement, which makes it possible to use an electric pump 6 reduced power.
Avantageusement on prélève l'air dans l'habitacle du véhicule, car cet air a généralement subi un réchauffement ou un refroidissement par des systèmes de conditionnement de cet habitacle, et se trouve à une température ni trop élevée quand il fait chaud dehors, et ni trop basse quand il fait froid dehors.Advantageously, the air is drawn into the passenger compartment of the vehicle, because this air has generally been heated or cooled by conditioning systems of this cabin, and is at a temperature neither too high when it is hot outside, and neither too low when it is cold outside.
On dispose ainsi d'un air se trouvant à une température adaptée pour réaliser une régulation de la température de la batterie, dans une plage qui peut aller de 20 ou 25°C, à 40 ou 50°C suivant le type de batterie. En particulier, l'air prélevé dans l'habitacle peut permettre de réchauffer l'échangeur thermique 10, ou directement la batterie 4, par exemple pendant les phases de préconditionnement thermique de l'habitacle du véhicule, lorsque le chargeur est branché au réseau électrique extérieur, ou pendant la phase de montée en température de l'habitacle alors que le véhicule est en cours d'utilisation.This provides an air at a temperature adapted to achieve a temperature regulation of the battery, in a range that can range from 20 or 25 ° C, at 40 or 50 ° C depending on the type of battery. In particular, the air taken from the passenger compartment can heat the heat exchanger 10, or directly the battery 4, for example during the thermal preconditioning phases of the passenger compartment of the vehicle, when the charger is connected to the electrical network. outside, or during the warm-up phase of the passenger compartment while the vehicle is in use.
D'autre part à l'inverse, les calories dissipées par la batterie 2 ou le chargeur 4 dans le circuit de refroidissement 1, peuvent également grâce à une inversion du flux d'air 14, contribuer à réchauffer l'habitacle du véhicule en phase de préconditionnement thermique de cet habitacle, lorsque la batterie 2 est en cours de recharge sur le réseau électrique extérieur, ou pendant la phase de montée en température de l'habitacle alors que le véhicule est en cours d'utilisation. On notera que l'air prélevé dans l'habitacle ne comporte quasiment pas de poussière, ce qui permet de garder l'échangeur thermique 10 et le pulseur 12 propres et de leur conserver toute leur efficacité.On the other hand, conversely, the calories dissipated by the battery 2 or the charger 4 in the cooling circuit 1 can also, thanks to an inversion of the air flow 14, contribute to warming the cabin of the vehicle in phase. thermal preconditioning of this cabin, when the battery 2 is being recharged on the external power network, or during the warm-up phase of the passenger compartment while the vehicle is in use. It will be noted that the air taken from the passenger compartment has practically no dust, which keeps the heat exchanger 10 and the blower 12 clean and keep them efficient.
Le système de conditionnement thermique de la batterie comporte un calculateur de gestion non représenté, qui en fonction de différents paramètres mesurés par des capteurs, comme la température du liquide de refroidissement en entrée ou en sortie de la batterie 2 ou du chargeur 4, la température interne de cette batterie ou de ce chargeur, la température de l'air ambiant dans l'habitacle 14 mesurée en amont de l'échangeur thermique 10, ou la température de l'air extérieur, régule les vitesses de rotation de la pompe 6 ou du pulseur 12, qui sont avantageusement continument variables. Le calculateur de gestion peut aussi prendre en compte la commande du pulseur du groupe de climatisation conventionnellement situé à l'avant du véhicule, ainsi que la température de l'air dans l'habitacle au niveau des passagers installés à l'avant et à l'arrière de ce véhicule. Le calculateur de gestion peut de plus prendre en compte la vitesse du véhicule et le régime de rotation du moteur thermique, pour déterminer les vitesses de rotation du pulseur 12 et de la pompe 6. On peut abaisser la température de la batterie 2 et celle du chargeur 4 si il est en fonctionnement, pour protéger ces éléments et obtenir un meilleur rendement. On peut aussi en cas de température trop basse de la batterie 2, inférieure à un seuil qui suivant les technologies est compris entre 0 et 20°C, pour obtenir un meilleur rendement de cette batterie, utiliser les calories dégagées par le chargeur 4 en cours de charge pour réchauffer la batterie en faisant circuler le liquide de refroidissement par la pompe 6, sans activer le pulseur 12 de manière à traverser l'échangeur thermique 10 sans refroidir ce liquide. On peut ainsi remonter la température de la batterie 2 pour offrir par exemple la possibilité de partir le matin après une recharge la nuit, avec une batterie pas trop froide offrant de meilleures performances. Pendant la phase de recharge de la batterie 2, le calculateur de gestion du système de conditionnement thermique peut ouvrir ou fermer des volets d'entrée d'air du groupe de climatisation de l'habitacle du véhicule, afin de refroidir cet habitacle trop chaud en renouvelant son air par le pulseur du groupe de climatisation de cet habitacle, pour faire baisser sa température si elle est supérieure à celle de l'air extérieur, sans mettre en dépression ou surpression cet habitacle. Ce refroidissement de l'habitacle génère un flux traversant l'échangeur thermique 10, qui peut contribuer à améliorer le refroidissement de la batterie 2 ou du chargeur 4. Le calculateur de gestion peut prévoir en fonction d'une information sur l'utilisation prochaine du véhicule, l'horaire du début de la recharge de manière à la finir peu de temps avant le départ du véhicule, pour bénéficier d'une batterie 2 réchauffée sans lui laisser le temps de refroidir.The thermal conditioning system of the battery comprises a management computer, not shown, which according to various parameters measured by sensors, such as the temperature of the coolant at the inlet or outlet of the battery 2 or the charger 4, the temperature internal of this battery or of this charger, the ambient air temperature in the passenger compartment 14 measured upstream of the heat exchanger 10, or the outside air temperature, regulates the rotational speeds of the pump 6 or pulsator 12, which are advantageously continuously variable. The management computer can also take into account the control of the blower of the air conditioning unit conventionally located at the front of the vehicle, as well as the air temperature in the cockpit at the level of the passengers installed at the front and at the front of the vehicle. rear of this vehicle. The management computer can also take into account the speed of the vehicle and the rotational speed of the engine, to determine the rotational speeds of the blower 12 and the pump 6. The temperature of the battery 2 and that of the battery can be lowered. charger 4 if it is in operation, to protect these elements and get better performance. It is also possible, in case of a low temperature of the battery 2, lower than a threshold which according to the technologies is between 0 and 20 ° C, to obtain a better performance of this battery, use the calories released by the charger 4 in progress charge to warm the battery by circulating the coolant by the pump 6, without activating the blower 12 so as to pass through the heat exchanger 10 without cooling the liquid. It is thus possible to raise the temperature of the battery 2 to offer, for example, the possibility of leaving in the morning after recharging at night, with a not too cold battery offering better performance. During the recharging phase of the battery 2, the thermal conditioning system management computer can open or close the air intake flaps of the air-conditioning unit of the passenger compartment of the vehicle, in order to cool this overly warm passenger compartment. renewing its air by the blower of the air conditioning unit of this cabin, to lower its temperature if it is higher than that of the outside air, without putting depression or overpressure this cabin. This cooling of the passenger compartment generates a flow through the heat exchanger 10, which can contribute to improving the cooling of the battery 2 or charger 4. The management computer can predict according to information on the use of the next vehicle, the schedule of the beginning of the recharge so as to finish it shortly before the departure of the vehicle, to benefit from a battery 2 warmed without giving him time to cool.
En complément, le système de conditionnement thermique de la batterie peut comporter sur le circuit de refroidissement en amont de la batterie 2, un réchauffeur du fluide non représenté, par exemple de type électrique, afin de réchauffer si nécessaire cette batterie si son auto-échauffement en phase de recharge ou en cours utilisation, ou si son réchauffage grâce à l'air de l'habitacle, s'avère trop lent ou insuffisant.In addition, the thermal conditioning system of the battery may comprise, on the cooling circuit upstream of the battery 2, a fluid heater (not shown), for example of the electric type, in order to heat the battery if necessary if it is self-heating. in the charging phase or in progress use, or if its heating through the air of the cabin, is too slow or insufficient.
On peut notamment réchauffer la batterie 2 avant sa recharge par le chargeur embarqué 4, jusqu'à ce que sa température atteigne une température minimum qui peut être de 20 à 25°C, afin de ne pas entraîner d'endommagement de cette batterie lors de sa recharge ni ne réduire ses capacités de stockage et de déstockage.In particular, the battery 2 can be heated up before recharging by the on-board charger 4, until its temperature reaches a minimum temperature which can be 20 to 25 ° C., in order not to cause damage to this battery during its refill or reduce its storage capacity and destocking.
Le système de conditionnement thermique de la batterie prend en compte d'autres situations de vie que la phase de recharge sur le réseau et l'utilisation en roulage. Le système de conditionnement thermique peut notamment assurer une pré-ventilation de la batterie 2 avant son utilisation, afin d'amener cette batterie dans sa plage de température optimale de fonctionnement avant le début de l'utilisation, en fonction de sa température initiale et de l'évolution de cette température, ainsi que de la température de l'air habitacle 14. Le système de conditionnement thermique peut aussi assurer un post-refroidissement de la batterie 2 après son utilisation, afin d'abaisser sa température après l'arrêt du véhicule. Il peut de plus anticiper sur des fortes sollicitations de la batterie 2 en cours de roulage, en prévision d'une forte génération de calories à venir, et commencer un refroidissement. On notera que les autres circuits de liquide pour les échanges thermiques du véhicule, notamment pour le refroidissement du moteur thermique, de la machine électrique de traction ou du chauffage de l'habitacle, constituent des circuits fermés entièrement indépendants de ce circuit de liquide de refroidissement du système de conditionnement thermique de la batterie. La figure 2 présente un circuit de liquide de refroidissement similaire 31, 30 comportant la pompe électrique 6 disposée dans cet exemple à l'entrée de l'échangeur thermique 10.The thermal conditioning system of the battery takes into account other life situations than the recharging phase on the network and the use in running. The thermal conditioning system may in particular provide a pre-ventilation of the battery 2 before use, in order to bring this battery into its optimum operating temperature range before the start of use, according to its initial temperature and the evolution of this temperature, as well as the temperature of the cabin air 14. The thermal conditioning system can also ensure a post-cooling of the battery 2 after its use, in order to lower its temperature after stopping the vehicle. It can also anticipate heavy demands on the battery 2 while driving, in anticipation of a strong generation of calories to come, and start cooling. It will be noted that the other liquid circuits for the heat exchange of the vehicle, in particular for cooling the heat engine, the electric traction machine or the heating of the passenger compartment, constitute closed circuits entirely independent of this coolant circuit. the thermal conditioning system of the battery. FIG. 2 shows a similar coolant circuit 31, 30 comprising the electric pump 6 arranged in this example at the inlet of the heat exchanger 10.
Une électrovanne à trois voies 30 se trouve à la sortie de l'échangeur thermique 10, elle comporte un clapet commandé par le calculateur de gestion, qui distribue le liquide de refroidissement sortant de cet échangeur suivant trois cas de fonctionnement, soit uniquement vers la batterie 2, soit uniquement vers le chargeur 4, ou soit vers les deux à la fois. En variante, l'électrovanne à trois voies 30 pourrait se trouver à la sortie de la batterie 2 et du chargeur 4. Le premier cas de fonctionnement comprenant une direction du liquide de refroidissement uniquement vers la batterie 2, correspond aux périodes de roulage où le chargeur 4 n'étant pas en service, ne dégage pas de calories. Toute la capacité de refroidissement de l'échangeur thermique 10 peut alors être utilisée pour refroidir la batterie 2. Le deuxième cas de fonctionnement comprenant une direction du liquide de refroidissement uniquement vers le chargeur 4, correspond aux périodes de recharge à l'arrêt où la batterie 2 n'a pas besoin d'être réchauffée ou refroidie. Toute la capacité de refroidissement de l'échangeur thermique 10 peut alors être utilisée pour le refroidissement du chargeur 4. Le troisième cas de fonctionnement comprenant une direction simultanée du liquide de refroidissement vers la batterie 2 et le chargeur 4, peut correspondre aux périodes de recharge où il faut à la fois refroidir cette batterie et ce chargeur, le courant de recharge risquant d'élever de manière trop importante la température de la batterie. Dans cette configuration on actionne le pulseur 12 pour évacuer les calories du liquide de refroidissement.A three-way solenoid valve 30 is at the outlet of the heat exchanger 10, it comprises a valve controlled by the management computer, which distributes the coolant leaving this exchanger in three cases of operation, or only to the battery 2, either only to the charger 4, or to both at the same time. Alternatively, the three-way solenoid valve 30 could be at the output of the battery 2 and the charger 4. The first case of operation comprising a direction of the coolant only to the battery 2, corresponds to the periods of travel where the charger 4 is not in use, does not release calories. All the cooling capacity of the heat exchanger 10 can then be used to cool the battery 2. The second case of operation including a direction of the coolant only to the charger 4, corresponds to the charging periods at the stop where the Battery 2 does not need to be reheated or cooled. All the cooling capacity of the heat exchanger 10 can then be used for the cooling of the charger 4. The third case of operation comprising a simultaneous direction of the coolant towards the battery 2 and the charger 4, can correspond to the charging periods. where it is necessary both to cool this battery and this charger, the charging current may raise too much the temperature of the battery. In this configuration, the blower 12 is actuated to evacuate the calories of the coolant.
Le troisième cas de fonctionnement peut correspondre aussi aux périodes de recharge à l'arrêt où il faut réchauffer la batterie 2, par exemple avant un roulage en mode tout électrique, sans le moteur thermique, afin que cette batterie puisse délivrer rapidement une puissance élevée. On n'actionne alors pas le pulseur 12 pour conserver les calories du liquide de refroidissement, qui en circulant à la fois dans le chargeur 4 et la batterie 2, transfère les calories du premier au second de ces éléments.The third case of operation can also correspond to the charging periods at the standstill where it is necessary to heat the battery 2, for example before driving in all-electric mode, without the engine, so that this battery can quickly deliver high power. The blower 12 is then not actuated to conserve the calories of the coolant, which circulates in both the charger 4 and the battery 2, transferring the calories from the first to the second of these elements.
La figure 3 présente un circuit de liquide de refroidissement 41 similaire, comprenant la pompe électrique 6 disposée dans cet exemple à la sortie de l'échangeur thermique 10. Une vanne thermostatique à trois voies 40 comporte une première voie A reliée à la sortie de la batterie 2, une deuxième voie B constituant l'entrée de l'échangeur thermique 10, et la troisième voie C reliée à la sortie du chargeur 4. Un clapet thermostatique 42 contrôle le passage du liquide de refroidissement de la troisième voie C vers la deuxième voie B. Pour le premier cas de fonctionnement présenté figure 3a, la température du chargeur 4 est trop faible, par exemple inférieure à une valeur comprise entre 40 et 55°C, et le clapet thermostatique 42 est quasiment fermé en laissant passer un très petit débit Dl allant de la troisième voie C vers la deuxième voie B, qui peut être de 5 à 10% du débit total de la pompe 6. Ce petit débit Dl est destiné à créer un courant sensibilisant le clapet thermostatique 42 avec le liquide de refroidissement venant du chargeur 4, pour pouvoir surveiller en permanence une évolution de la température de ce chargeur. Pratiquement toute la capacité de refroidissement de l'échangeur thermique 10 est alors utilisée pour refroidir la batterie 2.FIG. 3 shows a similar cooling liquid circuit 41, comprising the electric pump 6 arranged in this example at the outlet of the heat exchanger 10. A three-way thermostatic valve 40 comprises a first channel A connected to the outlet of the battery 2, a second channel B constituting the input of the heat exchanger 10, and the third channel C connected to the output of the charger 4. A thermostatic valve 42 controls the passage of the coolant from the third channel C to the second B. For the first case of operation shown in Figure 3a, the temperature of the charger 4 is too low, for example less than a value between 40 and 55 ° C, and the thermostatic valve 42 is almost closed by letting a very small Dl flow from the third channel C to the second channel B, which can be 5 to 10% of the total flow of the pump 6. This small flow Dl is intended to create a sensing current the thermostatic valve 42 with the coolant from the charger 4, to constantly monitor a change in the temperature of the charger. Virtually all the cooling capacity of the heat exchanger 10 is then used to cool the battery 2.
Pour le deuxième cas de fonctionnement présenté figure 3b, la température du chargeur 4 en fonctionnement est suffisamment élevée, par exemple supérieure à une valeur comprise entre 60 et 80°C, avec une température de liquide dans ce chargeur un peu inférieure, par exemple comprise entre 50 et 70°C, qui est suffisante pour ouvrir en grand le clapet thermostatique 42 comme présenté figure 3b. Dans ce cas le débit D2 de la troisième voie C vers la deuxième voie B est maximum. Pour ce deuxième cas la batterie 2 est en charge et son dégagement de calories est modéré, toutefois un flux passant par la première voie A circule quand même dans cette batterie 2, et peut la refroidir si nécessaire.For the second case of operation shown in Figure 3b, the temperature of the charger 4 in operation is sufficiently high, for example greater than a value between 60 and 80 ° C, with a liquid temperature in this charger a little lower, for example included between 50 and 70 ° C, which is sufficient to open wide the thermostatic valve 42 as shown in Figure 3b. In this case the rate D2 of the third channel C to the second channel B is maximum. For this second case the battery 2 is in charge and its calorie release is moderate, however a flow passing through the first channel A still circulates in this battery 2, and can cool it if necessary.
Pour les deux premiers cas de fonctionnement, on actionne le pulseur 12 pour activer le refroidissement du liquide dans l'échangeur thermique 10.For the first two operating cases, the blower 12 is actuated to activate the cooling of the liquid in the heat exchanger 10.
On peut aussi ne pas activer le pulseur 12 pour réaliser le troisième cas de fonctionnement, la pompe 6 faisant circuler le liquide simultanément dans la batterie 2 et le chargeur 4 pour réchauffer cette batterie à partir des calories récupérées sur le chargeur, le clapet thermostatique 42 s'ouvrant alors grâce à l'échauffement du liquide provenant du chargeur. L'avantage du circuit de refroidissement 41 comprenant une vanne trois voies 40 pilotée par un clapet thermostatique 42, est qu'il est plus économique, ne nécessitant pas d'alimentation électrique en provenance du calculateur de gestion pour contrôler cette vanne. De plus le circuit de refroidissement 41 est plus simple à gérer, et les programmes du calculateur de gestion sont simplifiés. La figure 4 présente un circuit de liquide de refroidissement 51 similaire, comprenant la pompe électrique 6 disposée à l'entrée de l'échangeur thermique 50. Comme pour la figure précédente, l'électrovanne à trois voies 40 comporte un clapet thermostatique 42, pour contrôler l'ouverture de la troisième voie C en la reliant à la deuxième voie B. L'échangeur thermique 50 comporte une boîte d'entrée d'eau 53 comprenant deux compartiments séparés 52, 56 sans communication directe de liquide entre eux, et une boîte de sortie d'eau 55 comprenant également deux compartiments séparés 54, 58. Les boîtes à eau 53, 55 relient les extrémités des tubes de refroidissement réalisant l'échange thermique avec le flux d'air 14, pour les alimenter en liquide de refroidissement ou collecter ce liquide, qui rentre ou sort. Les tubes de refroidissement sont regroupés en trois groupes de tubes 60, 62, 64 disposés en parallèle, comprenant chacun un nombre de tubes qui est avantageusement décroissant dans le sens du parcours du liquide de refroidissement. L'entrée de l'échangeur thermique 50 se fait par un premier compartiment 52 de la boîte d'entrée d'eau 53, qui alimente un premier groupe de tubes 60. La sortie de ce premier groupe de tubes 60 se fait dans un premier compartiment 54 de la boîte de sortie d'eau 55, qui d'une part constitue l'entrée du deuxième groupe de tubes 62, et d'autre part comporte le départ d'une canalisation d'alimentation du chargeur 4. La sortie du deuxième groupe de tubes 62 se fait dans le second compartiment 56 de la boîte d'entrée d'eau 53, qui constitue l'entrée du troisième groupe de tubes 64. La sortie du troisième groupe de tubes 64 se fait dans le second compartiment 58 de la boîte de sortie d'eau 55, qui comporte le départ d'une canalisation d'alimentation de la batterie 2. De cette manière on réalise un ajustement individuel des capacités de refroidissement du chargeur 4 et de la batterie 2, en fonction de la puissance thermique à dissiper par chacun. Le chargeur 4 générant une plus faible quantité de chaleur et autorisant une température plus élevée du liquide de refroidissement à son entrée, dispose seulement du premier groupe de tubes 60 pour le refroidir. La batterie 2 générant une plus forte quantité de chaleur et requérant une température plus faible du liquide de refroidissement à son entrée, dispose des trois groupes de tubes 60, 62, 64 disposés en série pour la refroidir. D'une manière générale, le système de conditionnement suivant l'invention permet en optimisant les températures de fonctionnement de la batterie 2 et du chargeur 4, indépendamment de celles d'autres circuits de refroidissement comme ceux de la machine électrique de traction ou du moteur thermique, d'améliorer le rendement de cette batterie, et sa capacité de stockage et de déstockage en énergie électrique. On peut ainsi réduire le poids et le volume de la batterie 2, ce qui entraîne des économies d'énergie et des réductions des émissions polluantes du moteur thermique. De plus la disponibilité de la traction électrique au démarrage est meilleure, grâce au préchauffage de la batterie 2. Pour le chargeur embarqué 4, un contrôle de sa température peut permettre de réduire son volume et sa masse, et d'augmenter la puissance électrique disponible pour recharger la batterie 2, ce qui permet de diminuer le temps consacré à la recharge de cette batterie.It is also not possible to activate the blower 12 to perform the third case of operation, the pump 6 circulating the liquid simultaneously in the battery 2 and the charger 4 to heat the battery from the calories recovered on the charger, the thermostatic valve 42 opening then through the heating of the liquid from the charger. The advantage of the cooling circuit 41 comprising a three-way valve 40 controlled by a thermostatic valve 42 is that it is more economical, requiring no power supply from the management computer to control this valve. In addition, the cooling circuit 41 is simpler to manage, and the programs of the management computer are simplified. FIG. 4 shows a similar cooling liquid circuit 51, comprising the electric pump 6 arranged at the inlet of the heat exchanger 50. As in the previous figure, the three-way solenoid valve 40 comprises a thermostatic valve 42, for control the opening of the third channel C by connecting it to the second channel B. The heat exchanger 50 comprises a water inlet box 53 comprising two separate compartments 52, 56 without direct communication of liquid between them, and a water outlet box 55 also comprising two separate compartments 54, 58. The water boxes 53, 55 connect the ends of the cooling tubes performing the heat exchange with the air flow 14, to supply them with coolant or collect this liquid, which goes in or out. The cooling tubes are grouped into three groups of tubes 60, 62, 64 arranged in parallel, each comprising a number of tubes which is advantageously decreasing in the direction of the coolant flow. The inlet of the heat exchanger 50 is through a first compartment 52 of the water inlet box 53, which feeds a first group of tubes 60. The output of this first group of tubes 60 is in a first compartment 54 of the water outlet box 55, which on the one hand constitutes the inlet of the second group of tubes 62, and on the other hand comprises the departure of a supply pipe of the charger 4. The output of the second group of tubes 62 is in the second compartment 56 of the water inlet box 53, which constitutes the inlet of the third group of tubes 64. The output of the third group of tubes 64 is in the second compartment 58 of the water outlet box 55, which comprises the departure of a supply pipe of the battery 2. In this way an individual adjustment of the cooling capacity of the charger 4 and the battery 2, depending on the thermal power to dissipate by each. The charger 4 generating a lower amount of heat and allowing a higher temperature of the coolant at its inlet, has only the first group of tubes 60 to cool it. The battery 2 generating a greater amount of heat and requiring a lower temperature of the coolant at its inlet, has three groups of tubes 60, 62, 64 arranged in series to cool. In general, the conditioning system according to the invention makes it possible by optimizing the operating temperatures of the battery 2 and the charger 4, independently of those of other cooling circuits such as those of the electric traction machine or the motor. thermal, to improve the efficiency of this battery, and its capacity of storage and destocking in electrical energy. It is thus possible to reduce the weight and the volume of the battery 2, which results in energy savings and reductions in the polluting emissions of the heat engine. In addition, the availability of electric traction at startup is better, thanks to the preheating of the battery 2. For the on-board charger 4, a temperature control can reduce its volume and mass, and increase the available electrical power to recharge the battery 2, which reduces the time spent recharging this battery.
Avantageusement dans le cas d'un ensemble comprenant la batterie 2 et le chargeur, disposé à l'arrière du véhicule, par exemple entre le train arrière et le plancher du coffre, le système de conditionnement se trouve aussi regroupé à l'arrière. Cette disposition permet de réaliser au préalable un ensemble complètement assemblé, comportant des liaisons courtes entre ses différents éléments, qui peut être testé avant d'être ensuite fixé sous la caisse du véhicule. Cette disposition permet aussi de gagner de la place et du poids, et de limiter les risques de défaillances.Advantageously in the case of an assembly comprising the battery 2 and the charger, disposed at the rear of the vehicle, for example between the rear axle and the boot floor, the packaging system is also grouped at the rear. This arrangement makes it possible to perform beforehand a completely assembled assembly, comprising short links between its various elements, which can be tested before being then fixed under the vehicle body. This arrangement also saves space and weight, and reduces the risk of failure.
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