EP4470338A1 - Appareil de chauffage électrique de fluide - Google Patents

Appareil de chauffage électrique de fluide

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Publication number
EP4470338A1
EP4470338A1 EP23700900.6A EP23700900A EP4470338A1 EP 4470338 A1 EP4470338 A1 EP 4470338A1 EP 23700900 A EP23700900 A EP 23700900A EP 4470338 A1 EP4470338 A1 EP 4470338A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
interval
switch
heating elements
switches
control
Prior art date
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Pending
Application number
EP23700900.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Laurent Decool
Jonathan FOURNIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of EP4470338A1 publication Critical patent/EP4470338A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/023—Industrial applications
    • H05B1/0236—Industrial applications for vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant
    • B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
    • B60H1/2221—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant the heat being derived from electric heaters arrangements of electric heaters for heating an intermediate liquid
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    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
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    • F24H1/009—Special adaptations for vehicle systems
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    • F24H1/101—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium using electric energy supply
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    • F24H9/2007—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters
    • F24H9/2014—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heaters using electrical energy supply
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    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/023—Industrial applications
    • H05B1/0244—Heating of fluids

Definitions

  • the present invention relates to an electric fluid heating device, in particular for a vehicle.
  • the vehicle can be land, sea or air.
  • the vehicle may be a motor vehicle. This may include an electric or hybrid vehicle.
  • the present invention relates in particular to the fields of ventilation, heating and/or air conditioning of the passenger compartment of the vehicle and/or temperature regulation of a battery.
  • PWM Pulse-Width Modulation or in French Modulation de width d'pulse
  • the present invention aims to improve the aforementioned heating appliances.
  • the subject of the invention is thus an electric fluid heating device, in particular for a vehicle such as a motor vehicle, comprising:
  • a control device arranged to control, using PWM signals, the electric power applied to only one of the electric heating elements, then the electric power applied to only one of the other electric heating elements, so that the control using PWM signals only applies to one of the electric heating elements at a time.
  • the invention thus makes it possible to control, using PWM signals, the electrical power successively in the electrical heating elements.
  • the control device comprises a plurality of electronic switches, in particular in the form of IGBT transistors (IGBT designating Insulated Gate Bipolar Transistor in English, or in French Insulated Gate Bipolar Transistor), each electronic switch being associated with one of the electrical heating elements and arranged to control, using PWM signals, the electrical power applied to this heating element.
  • IGBT transistors IGBT designating Insulated Gate Bipolar Transistor in English, or in French Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the invention thus makes it possible to operate only one of the switches at a time, to control the electrical power with PWM signals.
  • the other switches are not requested in PWM during this time, and are for example either in an open state or in a closed state.
  • only one of the IGBT switches is in PWM operation and the other IGBT switches are all open.
  • only one of the IGBT switches is in PWM operation and some of the other IGBT switches are open and some are closed.
  • the switch is open, the associated heating element sees no electrical power.
  • the switch is closed, the associated heating element sees a predetermined electrical power.
  • the invention makes it possible to request only one switch at a time for PWM control, instead of, for example, requesting them all at the same time, which makes it possible to increase the service life of the switches.
  • the solicitation of the switches is done in turn.
  • the switches are actuated less often between closed state and open state, which generates less disturbance and allows a better gain in electromagnetic compatibility (EMC).
  • the associated heating element when the switch is in the closed state, receives a predetermined electrical power of between 1 kW and 3 kW, or even between 3 kW and 5 kW.
  • the heating device receives an electrical power of up to 15 kW.
  • control device is arranged to use all the switches in PWM, one after the other.
  • the invention is advantageous in the sense that it makes it possible to solicit the switches in a similar way so that these switches have a similar lifespan. For example, one of the switches is prevented from being excessively stressed in relation to the others, which could cause this switch to be out of service prematurely.
  • control device is arranged to control the switches to reach a value of total electrical power applied to all of the heating elements, with the operation of one of the switches in PWM mode over a first time interval, and the setting of the other switches either in an open state or in a closed state over this first time interval.
  • control device is arranged to allow that, over a second time interval which immediately follows the first interval, the switch which was in PWM mode on the first interval passes into an open or closed state, and one of the other switches which was in the open or closed state on the first interval, passes into PWM mode.
  • the device comprises three electric heating elements, and the control device is arranged to:
  • the three intervals are equal in duration. This duration is for example 100 or 500 milliseconds.
  • the control device determines the duty cycle of the PWM to be applied to reach the value of electrical power required on the associated heating element.
  • control device is arranged to generate, in each interval in PWM mode, a series of at least 5, for example 9 or 10, pulses.
  • a series of at least 5, for example 9 or 10 pulses the PWM mode is used for another electronic switch.
  • the duration of the first interval is equal to 9 or 10 times the period of the PWM pulses.
  • the fluid which is contained in the heating device is a heat transfer fluid, for example a mixture of water and glycol or oil, this heat transfer fluid being intended to pass through a heat exchanger separate from the heating device, this heat exchanger forming in particular part of an air conditioning assembly for a vehicle interior.
  • each electrical heating element comprises an electrical resistor, in particular configured in the form of a spiral.
  • the device comprises a housing in which the electric heating elements are housed.
  • Another subject of the invention is an assembly for ventilation, heating and/or air conditioning of the passenger compartment of the vehicle and/or thermo-regulation of a battery of the vehicle, this assembly comprising the heating device as mentioned above.
  • Another subject of the invention is a process for the electrical heating of fluid, in particular for a vehicle such as a motor vehicle, comprising the following steps:
  • FIG. 1 illustrates, schematically and partially, in section, a heating device according to an embodiment of the invention
  • FIG. 1 There is shown in Figure 1 a heater 1 which is used to heat a heat transfer liquid, for example a mixture of water and glycol or oil.
  • a heat transfer liquid for example a mixture of water and glycol or oil.
  • This device 1 comprises a housing 2 for circulating the fluid and, in this housing 2, three heating elements 4, only two of which are shown in FIG.
  • This device 1 further comprises a cover 6 carrying the heating elements 4, and a device 8 for controlling the electrical power applied to the heating elements 4.
  • the housing 2 houses a first fluid circulation chamber 21, which is arranged to receive the electric heating elements 4 so that the fluid circulating in the housing 2 is brought into contact with the electric heating elements 4.
  • the housing 2 also houses a second chamber 22 in which the control device 8 is housed.
  • the housing 2 houses a third chamber 23 which is separated from the first chamber 21 by means of the cover 6.
  • the housing 2 is formed, in the example described, by casting aluminum and/or aluminum alloy.
  • the housing 2 comprises at least a first inlet pipe (not shown) and at least a second outlet pipe 25 in communication with said chamber 21.
  • the inlet pipe and the outlet pipe 25 are arranged on the same side of the housing 2, here at the level of a bottom 26 of the housing 2.
  • the outlet pipe 25 opens directly into the chamber 21 through a first lumen 29.
  • the inlet pipe opens into the chamber 21 by a second lumen formed at one end of said chamber, opposite the bottom 26.
  • the inlet pipe comprises a channel (not shown) longitudinally along the chamber 21 and opening into said chamber.
  • Each electric heating element 4 comprises a shielded resistor 41 arranged in a spiral as well as at least one connection terminal 42 intended to connect said resistor to a power supply source.
  • the electric heating elements 4 extend longitudinally in the housing 2.
  • the cover 6 includes openings 61 in which the electrical heating elements 4 are mounted in such a way that, for each of said electrical elements, the resistor 41 extends into the first chamber 21 and the terminals 42 extend through the cover 6 and open into the third chamber 23.
  • the second chamber 22 is located above the first chamber 21, along the latter, and is closed off by means of an upper cover 3.
  • the second chamber 22 includes vertical projections 31 and a platform 32 formed on a dividing wall 10 between the second chamber 22 and the first chamber 21.
  • the heater 1 further comprises at least one temperature sensor 33 intended to provide information relating to the temperature of the fluid and/or the electric heating element(s) 4.
  • the control device 8 is arranged to control, using PWM signals, the electric power applied to only one of the electric heating elements 4, then the electric power applied to only one of the other electric heating elements 4, so that the control using PWM signals only applies to one of the electric heating elements 4 at a time.
  • the invention thus makes it possible to control, using PWM signals, the electrical power successively in the electrical heating elements 4.
  • control device 8 comprises three electronic switches 36, in the form of IGBT transistors (IGBT designating Insulated Gate Bipolar Transistor in English, or in French Bipolar transistor with insulated gate) to control the electrical power on each heating element 4.
  • IGBT transistors IGBT designating Insulated Gate Bipolar Transistor in English, or in French Bipolar transistor with insulated gate
  • Each electronic switch 36 is associated with one of the electrical heating elements 4 and arranged to control, using PWM signals, the electrical power applied to this heating element 4.
  • IGBT transistors 37 are provided, different from transistors 36, which provide a safety function, for example in the event of an electrical current overload or overheating detection, and do not provide a control function like transistors 36.
  • Each heating element 4 is thus in series, at one of its terminals, with an IGBT transistor 36 and, at the other of its terminals, with an IGBT transistor 37, thus forming a branch 38.
  • the device 1 comprises three branches 38 in parallel.
  • the heating elements 4, and therefore the respective branches 38, are connected to negative 50 and positive 51 terminals of an electrical source, for example a vehicle battery, to deliver a high voltage to the terminals of the heating elements 4, this high voltage being for example from 200 to 1000 volts.
  • an electrical source for example a vehicle battery
  • the invention provides for operating only one of the switches 36 at a time, to control the electrical power with PWM signals.
  • the other switches 36 are not requested in PWM during this time, and are for example either in an open state or in a closed state.
  • the invention makes it possible to request only one switch 36 at a time for PWM control, instead of, for example, requesting them all at the same time, which makes it possible to increase the life of the switches.
  • the solicitation of the switches is done in turn.
  • the associated heating element 4 receives a predetermined electrical power of between 1 kW and 3 kW, or even between 3 kW and 5 kW.
  • the control device 8 is arranged to use all the switches 36 in PWM, one after the other.
  • This control device 8 further comprises a microcontroller 39 arranged to deliver to the IGBT switches 36 PWM signals to control the electrical power applied to each heating element 4.
  • the IGBT transistors 36 and the microcontroller 39 can be mounted on the electronic board 35.
  • control device 8 is arranged for:
  • control device 8 is arranged to repeat these steps the number of times necessary.
  • the three intervals I1, I2 and I3 are equal in duration. This duration is for example from 100 to 500 milliseconds.
  • control device 8 determines the duty cycle of the PWM to be applied to reach the electrical power value required on the associated heating element 4.
  • the control device 8 is arranged to generate, in each interval 11, I2 and I3 in PWM mode, a series of at least 9 or 10 pulses.
  • the duration of each interval I1, I2 and I3 is equal to 9 or 10 times the period of the PWM pulses.
  • the heat transfer fluid is intended to pass through a heat exchanger separate from the heating device, this heat exchanger being part of an air conditioning assembly for a vehicle cabin.

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Abstract

L'invention concerne un appareil de chauffage électrique de fluide, notamment - pour un véhicule tel qu'un véhicule automobile, comprenant : - une pluralité d'éléments électriques chauffants (4) agencés pour chauffer le fluide, - un dispositif de pilotage (8) agencé pour piloter, à l'aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée sur l'un seulement des éléments électriques chauffants (4), puis la puissance électrique appliquée sur l'un seulement des autres éléments électriques chauffants, de sorte que le pilotage à l'aide de signaux PWM ne s'applique qu'à un seul des éléments électriques chauffants à la fois.

Description

APPAREIL DE CHAUFFAGE ÉLECTRIQUE DE FLUIDE
[1] La présente invention concerne un appareil de chauffage électrique de fluide, notamment pour un véhicule.
[2] Le véhicule peut être de type terrestre, maritime ou aérien. Le véhicule peut être un véhicule automobile. Il pourra s’agir notamment d’un véhicule électrique ou hybride.
[3] La présente invention se rapporte notamment aux domaines de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation de l’habitacle du véhicule et/ou de thermorégulation d’une batterie.
[4] Il est connu d’assurer le chauffage de l’air destiné au traitement thermique de l’habitacle d’un véhicule par échange de chaleur entre un flux d’air et un liquide caloporteur, par le biais d’un échangeur thermique. Dans le cas des véhicules hybrides ou électriques, on connaît des appareils de chauffage électrique qui forment une source de calories et dans lesquels on fait circuler un courant électrique pour faire monter en température des éléments électriques chauffants mis au contact du liquide caloporteur. Il s’effectue alors un échange de calories entre les éléments électriques chauffants et le liquide caloporteur qui chauffe à son tour avant de chauffer l’habitacle grâce à l’échangeur.
[5] Il est connu de piloter la puissance électrique des éléments électriques chauffants à l’aide de plusieurs signaux PWM (le terme PWM désigne, en anglais, Pulse-Width Modulation ou en français Modulation de largeur d'impulsion) simultanément dont les impulsions PWM respectives sont décalées les unes par rapport aux autres.
[6] La présente invention vise à améliorer les appareils de chauffage précités.
[7] L’invention a ainsi pour objet un appareil de chauffage électrique de fluide, notamment pour un véhicule tel qu’un véhicule automobile, comprenant :
- une pluralité d’éléments électriques chauffants agencés pour chauffer le fluide, - un dispositif de pilotage agencé pour piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des éléments électriques chauffants, puis la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des autres éléments électriques chauffants, de sorte que le pilotage à l’aide de signaux PWM ne s’applique qu’à un seul des éléments électriques chauffants à la fois.
[8] L’invention permet ainsi de piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique successivement dans les éléments électriques chauffants.
[9] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de pilotage comporte une pluralité d’interrupteurs électroniques, notamment sous la forme de transistors IGBT (IGBT désignant Insulated Gate Bipolar Transistor en anglais, ou en français Transistor bipolaire à grille isolée), chaque interrupteur électronique étant associé à l’un des éléments électriques chauffants et agencé pour piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée à cet élément chauffant.
[10] L’invention permet ainsi de faire fonctionner un seul des interrupteurs à la fois, pour piloter la puissance électrique avec des signaux PWM. Les autres interrupteurs ne sont pas sollicités en PWM pendant ce temps, et sont par exemple soit dans un état ouvert, soit dans un état fermé. Par exemple, en fonction de la puissance électrique requise sur les éléments électriques chauffants, l’un seulement des interrupteurs IGBT est en fonctionnement PWM et les autres interrupteurs IGBT sont tous ouverts. Dans un autre mode de fonctionnement, l’un seulement des interrupteurs IGBT est en fonctionnement PWM et certains des autres interrupteurs IGBT sont ouverts et certains sont fermés. Lorsque l’interrupteur est ouvert, l’élément chauffant associé ne voit aucune puissance électrique. Lorsque l’interrupteur est fermé, l’élément chauffant associé voit une puissance électrique prédéterminée. L’invention permet de ne solliciter qu’un seul interrupteur à la fois pour le pilotage en PWM, au lieu par exemple de tous les solliciter en même temps, ce qui permet d’augmenter la durée de vie des interrupteurs. La sollicitation des interrupteurs se fait tour à tour. [11] De plus, les interrupteurs sont actionnés moins souvent entre état fermé et état ouvert, ce qui génère moins de perturbations et permet un meilleur gain en comptabilité électromagnétique (CEM).
[12] Selon l’un des aspects de l’invention, lorsque l’interrupteur est dans l’état fermé, l’élément chauffant associé reçoit une puissance électrique prédéterminée comprise entre 1 kW et 3 kW, ou encore entre 3 kW et 5kW.
[13] Selon l’un des aspects de l’invention, l’appareil de chauffage reçoit une puissance électrique allant jusqu’à 15 kW.
[14] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de pilotage est agencé pour utiliser tous les interrupteurs en PWM, l’un après l’autre.
[15] L’invention est avantageuse dans le sens où elle permet de solliciter les interrupteurs de manière similaire de sorte que ces interrupteurs présentent une durée de vie similaire. On évite par exemple que l’un des interrupteurs ne soit excessivement sollicités par rapport aux autres, ce qui pourrait faire que cet interrupteur soit hors service prématurément.
[16] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de pilotage est agencé pour piloter les interrupteurs pour atteindre une valeur de puissance électrique totale appliquée à l’ensemble des éléments chauffants, avec la mise en fonctionnement de l’un des interrupteurs en mode PWM sur un premier intervalle de temps, et la mise des autres interrupteurs soit dans un état ouvert, soit dans un état fermé sur ce premier intervalle de temps.
[17] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de pilotage est agencé pour permettre que, sur un deuxième intervalle de temps qui suit immédiatement le premier intervalle, l’interrupteur qui était en mode PWM sur le premier intervalle passe dans un état ouvert ou fermé, et l’un des autres interrupteurs qui était dans l’état ouvert ou fermé sur le premier intervalle, passe en mode PWM.
[18] Ainsi la puissance électrique totale de l’appareil de chauffage est la somme de la puissance obtenue par modulation en PWM sur l’un des éléments chauffants et de la puissance sur le ou les autres éléments chauffants mis dans l’état fermé. [19] Selon l’un des aspects de l’invention, l’appareil comporte trois éléments électriques chauffants, et le dispositif de pilotage est agencé pour :
- sur un premier intervalle, piloter l’un des trois interrupteurs en mode PWM et mettre l’un des deux autres interrupteurs dans l’état ouvert et l’autre des deux interrupteurs dans l’état fermé,
- au début d’un deuxième intervalle qui suit immédiatement le premier intervalle, basculer l’interrupteur qui était dans l’état fermé sur le premier intervalle vers le mode PWM, basculer l’interrupteur qui était en mode PWM sur le premier intervalle vers l’état ouvert, et basculer l’interrupteur qui était sur l’état ouvert sur le premier intervalle vers l’état fermé,
- au début d’un troisième intervalle qui suit immédiatement le deuxième intervalle, basculer l’interrupteur qui était dans l’état fermé sur le deuxième intervalle vers le mode PWM, basculer l’interrupteur qui était en mode PWM sur le deuxième intervalle vers l’état ouvert, et basculer l’interrupteur qui était dans l’état ouvert sur le deuxième intervalle vers l’état fermé.
[20] Selon l’un des aspects de l’invention, les trois intervalles sont égaux en durée. Cette durée est par exemple de 100 ou 500 millisecondes.
[21] Selon l’un des aspects de l’invention, sur chaque intervalle en mode PWM, le dispositif de pilotage détermine le rapport cyclique du PWM à appliquer pour atteindre la valeur de puissance électrique requise sur l’élément chauffant associé.
[22] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de pilotage est agencé pour générer, dans chaque intervalle en mode PWM, une série d’au moins 5, par exemple 9 ou 10, impulsions. Ainsi, après un train d’impulsions, par exemple de 9 ou 10 impulsions, le mode PWM est utilisé pour un autre interrupteur électronique.
[23] Par exemple, la durée du premier intervalle est égale à 9 ou 10 fois la période des impulsions PWM.
[24] Le nombre d’impulsions par intervalle peut bien entendu être différent, par exemple plus grand que 10. [25] Selon l’un des aspects de l’invention, le fluide qui est contenu dans l’appareil de chauffage est un fluide caloporteur, par exemple un mélange eau et glycol ou de l’huile, ce fluide caloporteur étant destiné à passer dans un échangeur de chaleur distinct de l’appareil de chauffage, cet échangeur de chaleur faisant notamment partie d’un ensemble de climatisation d’un habitacle de véhicule.
[26] Selon l’un des aspects de l’invention, chaque élément électrique chauffant comprend une résistance électrique, notamment configurée en forme de spirale.
[27] Selon l’un des aspects de l’invention, l’appareil comprend un boîtier dans lequel sont logés les éléments électriques chauffants.
[28] L’invention a encore pour objet un ensemble de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation de l’habitacle du véhicule et/ou de thermo-régulation d’une batterie du véhicule, cet ensemble comportant l’appareil de chauffage tel que précité.
[29] L’invention a encore pour objet un procédé de chauffage électrique de fluide, notamment pour un véhicule tel qu’un véhicule automobile, comprenant les étapes suivantes :
- fournir une pluralité d’éléments électriques chauffants agencés pour chauffer le fluide,
- piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des éléments électriques chauffants, puis la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des autres éléments électriques chauffants, de sorte que le pilotage à l’aide de signaux PWM ne s’applique qu’à un seul des éléments électriques chauffants à la fois.
[30] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés parmi lesquels :
[31] - la [Figure 1] illustre, schématiquement et partiellement, en coupe, un appareil de chauffage selon un exemple de réalisation de l’invention ;
[32] - la [Figure 2] illustre, schématiquement et partiellement, le dispositif de pilotage et les interrupteurs de l’appareil de la [Figure 1], [33] - la [Figure 3] illustre, schématiquement, les impulsions de pilotage sur l’appareil de la [Figure 1].
[34] On a représenté sur la figure 1 un appareil de chauffage 1 qui sert au chauffage d’un liquide caloporteur, par exemple un mélange eau et glycol ou de l’huile.
[35] Cet appareil 1 comprend un boîtier 2 de circulation du fluide et, dans ce boîtier 2, trois éléments chauffants 4 dont deux seulement sont représentés sur la figure 1 .
[36] Cet appareil 1 comporte encore un couvercle 6 portant les éléments chauffants 4, et un dispositif de pilotage 8 de la puissance électrique appliquée aux éléments chauffants 4.
[37] Le boîtier 2 loge une première chambre 21 de circulation du fluide, laquelle est agencée pour recevoir les éléments électriques chauffants 4 de manière à ce que le fluide en circulation dans le boîtier 2 soit mis au contact des éléments électriques chauffants 4.
[38] Le boîtier 2 loge également une deuxième chambre 22 dans laquelle est logée le dispositif de pilotage 8.
[39] Le boîtier 2 loge une troisième chambre 23 qui est séparée de la première chambre 21 au moyen du couvercle 6.
[40] Le boîtier 2 est formé, dans l’exemple décrit, par moulage d’aluminium et/ou alliage d’aluminium.
[41 ] Pour assurer la circulation du fluide dans la chambre 21 , le boîtier 2 comprend au moins une première tubulure d’entrée (non représentée) et au moins une deuxième tubulure 25 de sortie en communication avec ladite chambre 21 .
[42] La tubulure d’entrée et la tubulure de sortie 25 sont disposées d’un même côté du boîtier 2, ici au niveau d’un fond 26 du boîtier 2.
[43] La tubulure de sortie 25 débouche directement dans la chambre 21 à travers une première lumière 29. [44] La tubulure d’entrée débouche dans la chambre 21 par une deuxième lumière formée à une extrémité de ladite chambre, à l’opposé du fond 26. La tubulure d’entrée comprend un canal (non représenté) longeant longitudinalement la chambre 21 et débouchant dans ladite chambre.
[45] Chaque élément électrique chauffant 4 comprend une résistance blindée 41 disposée en spirale ainsi qu’au moins un terminal de connexion 42 destiné à relier ladite résistance à une source d’alimentation en courant.
[46] Les éléments électriques chauffants 4 s’étendent longitudinalement dans le boîtier 2.
[47] Le couvercle 6 comprend des ouvertures 61 dans lesquelles les éléments électriques chauffants 4 sont montés de telle manière que, pour chacun desdits éléments électriques, la résistance 41 s’étende dans la première chambre 21 et les terminaux 42 s’étendent à travers le couvercle 6 et débouchent dans la troisième chambre 23.
[48] La liaison entre le couvercle 6 et les terminaux 42 est étanche.
[49] La deuxième chambre 22 est située au-dessus de la première chambre 21 , le long de celle-ci, et est obturé au moyen d’un capot supérieur 3.
[50] La deuxième chambre 22 comprend des projections verticales 31 ainsi qu’une plateforme 32 formées sur une paroi de séparation 10 entre la deuxième chambre 22 et la première chambre 21 .
[51] L’appareil de chauffage 1 comprend en outre au moins un capteur de température 33 destiné à donner une information relative à la température du fluide et/ du ou des éléments électriques chauffants 4.
[52] Une carte électronique 35 est placée adjacente à la chambre 22.
[53] Le dispositif de pilotage 8 est agencé pour piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des éléments électriques chauffants 4, puis la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des autres éléments électriques chauffants 4, de sorte que le pilotage à l’aide de signaux PWM ne s’applique qu’à un seul des éléments électriques chauffants 4 à la fois. [54] L’invention permet ainsi de piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique successivement dans les éléments électriques chauffants 4.
[55] Comme illustré sur la figure 2, le dispositif de pilotage 8 comporte trois d’interrupteurs électroniques 36, sous la forme de transistors IGBT (IGBT désignant Insulated Gate Bipolar Transistor en anglais, ou en français Transistor bipolaire à grille isolée) pour piloter la puissance électrique sur chaque élément chauffant 4.
[56] Chaque interrupteur électronique 36 est associé à l’un des éléments électriques chauffants 4 et agencé pour piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée à cet élément chauffant 4.
[57] Il est prévu trois autres transistors IGBT 37, différents des transistors 36, qui assurent une fonction de sécurité, par exemple en cas de surcharge de courant électrique ou de détection de surchauffe, et n’assurent pas une fonction de pilotage à l’instar des transistors 36.
[58] Chaque élément chauffant 4 est ainsi en série, à l’une de ses bornes, avec un transistor IGBT 36 et, à l’autre de ses bornes, avec un transistor IGBT 37, formant ainsi une branche 38. Dans l’exemple décrit, l’appareil 1 comprend trois branches 38 en parallèle.
[59] Les éléments chauffants 4, et donc les branches 38 respectives, sont connectés à des bornes négatives 50 et positives 51 d’une source électrique, par exemple une batterie du véhicule, pour délivrer une haute tension aux bornes des éléments chauffants 4, cette haute tension étant par exemple de 200 à 1000 volts.
[60] L’invention prévoit de faire fonctionner un seul des interrupteurs 36 à la fois, pour piloter la puissance électrique avec des signaux PWM. Les autres interrupteurs 36 ne sont pas sollicités en PWM pendant ce temps, et sont par exemple soit dans un état ouvert, soit dans un état fermé.
[61] Par exemple, en fonction de la puissance électrique requise sur les éléments électriques chauffants 4, l’un seulement des interrupteurs IGBT 36 est en fonctionnement PWM, le deuxième interrupteur IGBT 36 est ouvert et le troisième interrupteur 36 est fermé. [62] Lorsque l’interrupteur 36 est ouvert, l’élément chauffant 4 associé ne voit aucune puissance électrique.
[63] Lorsque l’interrupteur 36 est fermé, l’élément chauffant 4 associé voit une puissance électrique prédéterminée.
[64] L’invention permet de ne solliciter qu’un seul interrupteur 36 à la fois pour le pilotage en PWM, au lieu par exemple de tous les solliciter en même temps, ce qui permet d’augmenter la durée de vie des interrupteurs. La sollicitation des interrupteurs se fait tour à tour.
[65] Lorsque l’interrupteur 36 est dans l’état fermé, l’élément chauffant 4 associé reçoit une puissance électrique prédéterminée comprise entre 1 kW et 3 kW, ou encore entre 3 kW et 5 kW.
[66] Le dispositif de pilotage 8 est agencé pour utiliser tous les interrupteurs 36 en PWM, l’un après l’autre.
[67] Ce dispositif de pilotage 8 comprend en outre un microcontrôleur 39 agencé pour délivrer aux interrupteurs IGBT 36 des signaux PWM pour piloter la puissance électrique appliquée à chaque élément chauffant 4.
[68] Les transistors IGBT 36 et le microcontrôleur 39 peuvent être montés sur la carte électronique 35.
[69] Comme on peut le voir sur la figure 3 qui illustre l’évolution dans le temps de signaux de pilotage des transistors IGBT 36, le dispositif de pilotage 8 est agencé pour :
- sur un premier intervalle 11 , piloter l’un des trois interrupteurs 36 en mode PWM (graphe C2) et mettre l’un des deux autres interrupteurs 36 dans l’état ouvert (graphe C3 qui montre le signal à zéro) et l’autre des deux interrupteurs 36 dans l’état fermé (graphe C1 qui montre le signal à 1 ),
- au début d’un deuxième intervalle I2 qui suit immédiatement le premier intervalle 11 , basculer l’interrupteur 36 qui était dans l’état fermé sur le premier intervalle 11 vers le mode PWM (graphe C1 ) , basculer l’interrupteur 36 qui était en mode PWM sur le premier intervalle 11 vers l’état ouvert (graphe C2), et basculer l’interrupteur 36 qui était sur l’état ouvert sur le premier intervalle
11 vers l’état fermé (graphe C3), - au début d’un troisième intervalle 13 qui suit immédiatement le deuxième intervalle 12, basculer l’interrupteur 36 qui était dans l’état fermé sur le deuxième intervalle 12 vers le mode PWM (graphe C3), basculer l’interrupteur 36 qui était en mode PWM sur le deuxième intervalle 12 vers l’état ouvert (graphe C1 ), et basculer l’interrupteur 36 qui était dans l’état ouvert sur le deuxième intervalle I2 vers l’état fermé (graphe C2).
[70] Le dispositif de pilotage 8 est agencé pour répéter ces étapes le nombre de fois nécessaire.
[71 ] Les trois intervalles 11 , I2 et I3 sont égaux en durée. Cette durée est par exemple de 100 à 500 millisecondes.
[72] Sur chaque intervalle en mode PWM, le dispositif de pilotage 8 détermine le rapport cyclique du PWM à appliquer pour atteindre la valeur de puissance électrique requise sur l’élément chauffant associé 4.
[73] Le dispositif de pilotage 8 est agencé pour générer, dans chaque intervalle 11 , I2 et I3 en mode PWM, une série d’au moins de 9 ou 10 impulsions.
[74] Par exemple, la durée de chaque intervalle 11 , I2 et I3 est égale à 9 ou 10 fois la période des impulsions PWM.
[75] Le fluide caloporteur est destiné à passer dans un échangeur de chaleur distinct de l’appareil de chauffage, cet échangeur de chaleur faisant notamment partie d’un ensemble de climatisation d’un habitacle de véhicule.

Claims

Revendications
[Revendication 1 ] Appareil (1 ) de chauffage électrique de fluide, notamment pour un véhicule tel qu’un véhicule automobile, comprenant :
- une pluralité d’éléments électriques chauffants (4) agencés pour chauffer le fluide,
- un dispositif de pilotage (8) agencé pour piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des éléments électriques chauffants (4), puis la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des autres éléments électriques chauffants, de sorte que le pilotage à l’aide de signaux PWM ne s’applique qu’à un seul des éléments électriques chauffants à la fois.
[Revendication 2] Appareil selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de pilotage (8) comporte une pluralité d’interrupteurs électroniques (36), notamment sous la forme de transistors IGBT, chaque interrupteur électronique étant associé à l’un des éléments électriques chauffants (4) et agencé pour piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée à cet élément chauffant.
[Revendication 3] Appareil selon la revendication précédente, dans lequel lorsque l’un des interrupteur (36) est dans l’état fermé, l’élément chauffant associé reçoit une puissance électrique prédéterminée comprise entre 1 kW et 3 kW, ou encore entre 3 kW et 5 kW.
[Revendication 4] Appareil selon l’une des revendications 2 et 3, dans lequel le dispositif de pilotage (8) est agencé pour piloter les interrupteurs (36) pour atteindre une valeur souhaitée de puissance électrique totale appliquée à l’ensemble des éléments chauffants (4), avec la mise en fonctionnement de l’un des interrupteurs (36) en mode PWM sur un premier intervalle de temps (11 ), et la mise des autres interrupteurs (36) soit dans un état ouvert, soit dans un état fermé sur ce premier intervalle de temps.
[Revendication 5] Appareil selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de pilotage (8) est agencé pour permettre que, sur un deuxième intervalle de temps (I2) qui suit immédiatement le premier intervalle (11 ), l’interrupteur qui était en mode PWM sur le premier intervalle passe dans un état ouvert ou fermé, et l’un des autres interrupteurs (36) qui était dans l’état ouvert ou fermé sur le premier intervalle, passe en mode PWM.
[Revendication 6] Appareil selon l’une des revendications 4 et 5, comportant trois éléments électriques chauffants (4), dans lequel le dispositif de pilotage est agencé pour :
- sur un premier intervalle (11 ), piloter l’un des trois interrupteurs en mode PWM et mettre l’un des deux autres interrupteurs dans l’état ouvert et l’autre des deux interrupteurs dans l’état fermé,
- au début d’un deuxième intervalle (I2) qui suit immédiatement le premier intervalle, basculer l’interrupteur qui était dans l’état fermé sur le premier intervalle vers le mode PWM, basculer l’interrupteur qui était en mode PWM sur le premier intervalle vers l’état ouvert, et basculer l’interrupteur qui était sur l’état ouvert sur le premier intervalle vers l’état fermé,
- au début d’un troisième intervalle (I3) qui suit immédiatement le deuxième intervalle, basculer l’interrupteur qui était dans l’état fermé sur le deuxième intervalle vers le mode PWM, basculer l’interrupteur qui était en mode PWM sur le deuxième intervalle vers l’état ouvert, et basculer l’interrupteur qui était dans l’état ouvert sur le deuxième intervalle vers l’état fermé.
[Revendication 7] Appareil de chauffage selon l’une des revendications précédentes, le fluide qui est contenu dans l’appareil de chauffage étant un fluide caloporteur, ce fluide caloporteur étant destiné à passer dans un échangeur de chaleur distinct de l’appareil de chauffage, cet échangeur de chaleur faisant notamment partie d’un ensemble de climatisation d’un habitacle de véhicule.
[Revendication 8] Appareil de chauffage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque élément électrique chauffant (4) comprend une résistance électrique, notamment configurée en forme de spirale.
[Revendication 9] Ensemble de ventilation, de chauffage et/ou de climatisation de l’habitacle du véhicule et/ou de thermo-régulation d’une batterie du véhicule, cet ensemble comportant l’appareil de chauffage selon l’une des revendications précédentes. [Revendication 10] Procédé de chauffage électrique de fluide, notamment pour un véhicule tel qu’un véhicule automobile, comprenant les étapes suivantes :
- fournir une pluralité d’éléments électriques chauffants (4) agencés pour chauffer le fluide,
- piloter, à l’aide de signaux PWM, la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des éléments électriques chauffants, puis la puissance électrique appliquée sur l’un seulement des autres éléments électriques chauffants, de sorte que le pilotage à l’aide de signaux PWM ne s’applique qu’à un seul des éléments électriques chauffants à la fois.
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