FR3142977A1 - Vehicule semi-hybride comportant un circuit de refroidissement basse temperature - Google Patents

Vehicule semi-hybride comportant un circuit de refroidissement basse temperature Download PDF

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Abstract

Un aspect de l’invention concerne un véhicule semi-hybride 1 comportant un circuit de refroidissement basse température 2 passant par un échangeur de chaleur 3, un onduleur 4 d’une machine électrique de traction, une batterie de puissance 5 agencée pour fournir de l’énergie à ladite machine électrique de traction, un convertisseur continu-continu 6 agencé pour recharger une batterie de servitude au moyen de ladite batterie de puissance 5, et une pompe 7 agencée pour forcer une circulation dudit fluide de refroidissement dans ledit circuit de refroidissement basse température 2, ledit véhicule 1 étant remarquable en ce que le circuit de refroidissement basse température 2 comporte une première conduite 11 connectée en sortie dudit onduleur 4 et en entrée dudit échangeur de chaleur 3, ladite première conduite 11 passant devant un radiateur 9 de refroidissement d’un moteur thermique 8 disposé dans une façade accessoires 12 dudit véhicule 1. Figure 1.

Description

VEHICULE SEMI-HYBRIDE COMPORTANT UN CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT BASSE TEMPERATURE
Un aspect de l’invention se rapporte à un véhicule semi-hybride comportant un circuit de refroidissement basse température, notamment d’une batterie de puissance et d’un onduleur d’une machine électrique de traction.
Un tel véhicule semi-hybride est plus connu par l’acronyme MHEV (pour « Mild Hybrid Electric Véhicle » en anglais) et peut comporter une batterie de puissance présentant une tension de 48V.
D'une manière générale, on distingue différents modes de fonctionnement pour un véhicule semi-hybride, à savoir :
  • Un mode électrique, aussi parfois appelé « ZEV » acronyme en anglais de « Zero Emission Vehicule », dans lequel le véhicule est propulsé et/ou tracté par la machine électrique de traction sans intervention d’un moteur thermique ;
  • Un mode thermique dans lequel le véhicule est tracté et/ou propulsé au moyen du seul moteur thermique sans intervention de la machine électrique de traction ; et
  • Un mode hybride dans lequel le véhicule est tracté et/ou propulsé simultanément au moyen du moteur thermique et de la machine électrique de traction.
En utilisation, la batterie de puissance associée à la machine électrique de traction ne doit pas présenter une température supérieure à une température maximale d'utilisation. Afin de refroidir la batterie de puissance, il est connu de l’état de la technique d’équiper le véhicule d’un circuit de refroidissement basse température. Lorsque le véhicule roule en mode électrique, le circuit de refroidissement basse température selon l'art antérieur est le seul circuit de refroidissement utilisé pour refroidir la batterie de puissance. Si les sollicitations de la machine électrique de traction et de l’onduleur sont importantes, la température du liquide de refroidissement contenu dans le circuit de refroidissement basse température augmente rapidement jusqu'à se rapprocher ou atteindre une température limite de fonctionnement.
Comme décrit dans le document FR-A1-3061110, une solution pour abaisser la température du liquide de refroidissement du circuit de refroidissement basse température est d’implanter, dans ce dernier, un radiateur et un thermostat en amont du radiateur afin de contrôler la circulation du liquide de refroidissement à travers le radiateur. Ce radiateur et ce thermostat visent à limiter la montée en température du liquide de refroidissement circulant dans le circuit de refroidissement basse température.
Cependant, l'espace disponible à l'avant d’un véhicule semi-hybride pour l'implantation du radiateur du circuit de refroidissement basse température est souvent limité. Les contraintes d'implantation sont accrues dans le cas d'un véhicule semi-hybride avec la présence, outre du moteur thermique, de la machine électrique de traction, des organes de puissance et de la batterie de puissance. Une telle solution n'est par conséquent pas satisfaisante tant pour des raisons d'encombrement que de coût.
Le but de l'invention est notamment de proposer un véhicule de type semi-hybride comportant un circuit de refroidissement basse température présentant un encombrement réduit.
Dans ce contexte, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un véhicule semi-hybride comportant un circuit de refroidissement basse température passant par un échangeur de chaleur agencé pour refroidir un fluide de refroidissement du circuit de refroidissement basse température, un onduleur d’une machine électrique de traction du véhicule semi-hybride, une batterie de puissance agencée pour fournir de l’énergie à la machine électrique de traction, un convertisseur continu-continu agencé pour recharger une batterie de servitude dudit véhicule semi-hybride au moyen de la batterie de puissance, et une pompe agencée pour forcer une circulation du fluide de refroidissement dans le circuit de refroidissement basse température. Le véhicule semi-hybride selon cet aspect de l’invention est remarquable en ce que le circuit de refroidissement basse température comporte une première conduite connectée en sortie de l’onduleur et en entrée de l’échangeur de chaleur, la première conduite passant devant un radiateur de refroidissement d’un moteur thermique disposé dans une façade accessoires du véhicule semi-hybride.
L’onduleur augmente fortement la température du fluide de refroidissement lorsque le véhicule est dans une phase de roulage électrique. Ainsi, le passage de la première conduite devant le radiateur de refroidissement du moteur thermique permet de refroidir efficacement le fluide de refroidissement circulant dans la première conduite, et plus particulièrement du fluide de refroidissement sortant de l’onduleur. Ainsi, le radiateur et le thermostat habituellement implantés dans le circuit de refroidissement basse température de l’état de la technique sont supprimés grâce à cet agencement particulier.
On entend par véhicule semi-hybride un véhicule hybride comportant une « petite » machine électrique de traction alimentée par exemple en 48V ou en 24V.
L’encombrement et le coût du circuit de refroidissement basse température selon cet aspect de l’invention sont en outre réduits.
Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le véhicule selon l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Selon un aspect non limitatif de l’invention, le circuit de refroidissement basse température comporte en outre :
  • Une deuxième conduite connectée à l’échangeur de chaleur et à la pompe ; et
  • Une troisième conduite connectée à la pompe et la batterie de puissance, la pompe étant disposée entre le moteur thermique et un habitacle du véhicule semi-hybride.
Selon un aspect non limitatif de l’invention, le circuit de refroidissement basse température comporte en outre :
  • Une quatrième conduite connectée à la batterie de puissance et au convertisseur ; et
  • Une cinquième conduite connectée au convertisseur et à l’onduleur.
Selon un aspect non limitatif de l’invention, le circuit de refroidissement basse température est agencé pour permettre un échange thermique entre le fluide de refroidissement contenu dans le circuit de refroidissement basse température et l’extérieur qui est :
  • Maximal, l’échange thermique maximal étant assuré par un premier segment de la première conduite connecté à l’échangeur de chaleur et passant devant le radiateur de refroidissement du moteur thermique, un troisième segment de la deuxième conduite connecté à l’échangeur de chaleur, un sixième segment de la troisième conduite connecté à la batterie de puissance et un septième segment de la quatrième conduite connecté à la batterie de puissance ;
  • Moyen, l’échange thermique moyen étant assuré par un deuxième segment de la première conduite connecté à l’onduleur, un huitième segment de la quatrième conduite connecté au convertisseur, et la cinquième conduite ; et
  • Minimal, l’échange thermique minimal étant assuré par un quatrième segment de la deuxième conduite connecté à la pompe, un cinquième segment de la troisième conduite connecté à la pompe et un neuvième segment de la quatrième conduite disposé entre le septième segment et le huitième segment de la quatrième conduite.
Selon un aspect non limitatif de l’invention, l’échange thermique maximal est assuré par une paroi de conduite en aluminium.
Selon un aspect non limitatif de l’invention, l’échange thermique minimal est assuré par une paroi de conduite en caoutchouc présentant une épaisseur comprise entre 3 mm et 5 mm.
Selon un aspect non limitatif de l’invention, l’échange thermique moyen est assuré par une paroi de conduite en caoutchouc présentant une épaisseur comprise entre 1 mm et 3 mm.
Selon un aspect non limitatif de l’invention, l’onduleur est isolé thermiquement de la machine électrique de traction.
Selon un aspect non limitatif de l’invention, la batterie de puissance est disposée en dessous de l’habitacle du véhicule semi-hybride.
Selon un aspect non limitatif de l’invention, la batterie de puissance présente une tension de 48V.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen de la figure qui l’accompagne.
illustre, de façon schématique, un exemple de réalisation non limitatif d’un véhicule de type semi-hybride selon l’invention.
Plus particulièrement, la illustre un véhicule semi-hybride 1 muni d’un circuit de refroidissement basse température 2 dans lequel circule un fluide de refroidissement. Ce fluide de refroidissement est formé par un fluide caloporteur.
Le véhicule semi-hybride 1 illustré à la comporte en outre :
  • Un échangeur de chaleur 3 agencé pour refroidir le fluide de refroidissement du circuit de refroidissement basse température 2, cet échangeur de chaleur 3 est également connu sous la terminologie anglaise de Chiller ;
  • Un onduleur 4 d’une machine électrique de traction (non représentée du véhicule semi-hybride 1 ;
  • Une batterie de puissance 5 agencée pour fournir de l’énergie à ladite machine électrique de traction ; de façon non limitative la batterie de puissance 5 peut par exemple être de type 48V ou 24V ;
  • Un convertisseur continu-continu 6 (ou convertisseur DC/DC) agencé pour recharger une batterie de servitude (non illustrée) du véhicule semi-hybride 1 au moyen de la batterie de puissance 5 ;
  • Une pompe 7 agencée pour forcer une circulation du fluide de refroidissement dans le circuit de refroidissement basse température 2 ;
  • Un moteur thermique 8 ;
  • Un radiateur 9 de refroidissement du moteur thermique 8 ; et
  • Un habitacle 10.
Le circuit de refroidissement basse température 2 comporte un ensemble de conduites dans lesquelles circule le fluide de refroidissement.
Plus particulièrement, le circuit de refroidissement basse température 2 comporte une première conduite 11 connectée en sortie de l’onduleur 4 et en entrée de l’échangeur de chaleur 3.
Il convient de noter que la première conduite 11 passe devant le radiateur 9 de refroidissement du moteur thermique 8 disposé dans une façade accessoires 12 du véhicule semi-hybride 1. La façade accessoires 12 correspond à la face avant du véhicule semi-hybride 1. Ainsi, lorsque le véhicule semi-hybride 1 se déplace, l’air ambiant ainsi que l’air issu du radiateur 9 participent au refroidissement du fluide de refroidissement traversant la première conduite 11.
Afin d’optimiser ce refroidissement, la première conduite 11 peut comporter un premier segment 13 passant devant le radiateur 9 et connecté à l’échangeur de chaleur 3 assurant un échange thermique maximal entre le fluide de refroidissement contenu dans le premier segment 13 et l’extérieur. Pour assurer cet échange thermique maximal, le premier segment 13 peut comporter une paroi de conduite en aluminium.
En outre, la première conduite 11 peut comporter un deuxième segment 14 connecté à l’onduleur 4 assurant un échange thermique moyen (autrement dit conforme à celui assuré par les conduites de l’état de la technique) entre le fluide de refroidissement contenu dans le deuxième segment 14 et l’extérieur.
Pour assurer cet échange thermique moyen, le deuxième segment 14 peut comporter une paroi de conduite en caoutchouc présentant une épaisseur comprise entre 1 mm et 3 mm, typiquement 2 mm.
Le circuit de refroidissement basse température 2 comporte en outre une deuxième conduite 15 connectée à l’échangeur de chaleur 3 et à la pompe 7. Il convient de noter que la pompe 7 est disposée entre le moteur thermique 8 et l’habitacle 10 du véhicule semi-hybride 1.
La deuxième conduite 15 peut comporter un troisième segment 16 connecté à l’échangeur de chaleur 3 assurant un échange thermique maximal entre le fluide de refroidissement contenu dans le troisième segment 16 et l’extérieur. Pour assurer cet échange thermique maximal, le troisième segment 16 peut comporter une paroi de conduite en aluminium.
La deuxième conduite 15 peut comporter un quatrième segment 17 connecté à la pompe 7 assurant un échange thermique minimal entre le fluide de refroidissement contenu dans le quatrième segment 17 et l’extérieur. Pour assurer cet échange thermique minimal, le quatrième segment 17 peut comporter une paroi de conduite en caoutchouc présentant une épaisseur comprise entre 3 mm et 5 mm, typiquement 4 mm. Cette épaisseur importante permet d’éviter que la chaleur générée par le moteur thermique 8 soit transférée au fluide de refroidissement traversant le quatrième segment 17.
Le circuit de refroidissement basse température 2 comporte en outre une troisième conduite 18 connectée à la pompe 7 et la batterie de puissance 5.
La troisième conduite 18 peut comporter un cinquième segment 19 connecté à la pompe 7 assurant un échange thermique minimal entre le fluide de refroidissement contenu dans le cinquième segment 19 et l’extérieur. Pour assurer cet échange thermique minimal, le cinquième segment 19 peut comporter une paroi de conduite en caoutchouc présentant une épaisseur de l’ordre de 4 mm. Cette épaisseur importante permet d’éviter que la chaleur générée par le moteur thermique 8 soit transférer au fluide de refroidissement traversant le cinquième segment 19.
La troisième conduite 18 peut comporter un sixième segment 20 connecté à la batterie de puissance 5 assurant un échange thermique maximal entre le fluide de refroidissement contenu dans le sixième segment 20 et l’extérieur. Pour assurer cet échange thermique maximal, le sixième segment 20 peut comporter une paroi de conduite en aluminium.
Le circuit de refroidissement basse température 2 comporte également une quatrième conduite 21 connectée à la batterie de puissance 5 et au convertisseur 6.
La quatrième conduite 21 peut comporter un septième segment 22 connecté à la batterie de puissance 5 assurant un échange thermique maximal entre le fluide de refroidissement contenu dans le septième segment 22 et l’extérieur. Pour assurer cet échange thermique maximal, le septième segment 22 peut comporter une paroi de conduite en aluminium.
En outre, la quatrième conduite 21 peut comporter un huitième segment 23 connecté au convertisseur 6 assurant un échange thermique moyen entre le fluide de refroidissement contenu dans le huitième segment 23 et l’extérieur.
Pour assurer cet échange thermique moyen, le huitième segment 23 peut comporter une paroi de conduite en caoutchouc présentant une épaisseur de l’ordre de 2 mm.
En outre, la quatrième conduite 21 peut comporter un neuvième segment 24 disposé entre le septième segment 22 et le huitième segment 23. Le neuvième segment 24 assure un échange thermique minimal entre le fluide de refroidissement qu’il contient et l’extérieur. Pour assurer cet échange thermique minimal, le neuvième segment 24 peut comporter une paroi de conduite en caoutchouc présentant une épaisseur de l’ordre de 4 mm.
Le circuit de refroidissement basse température 2 comporte également une cinquième conduite 25 connectée au convertisseur 6 et à l’onduleur 4.
La cinquième conduite 25 peut assurer un échange thermique moyen entre le fluide de refroidissement qu’elle contient et l’extérieur. A cette fin, la cinquième conduite 25 peut comporter une paroi de conduite en caoutchouc présentant une épaisseur de l’ordre de 2 mm.
Il convient que deux segments d’une même conduite, par exemple le premier segment 13 et le deuxième segment 14 de la première conduite 11 peuvent être connectés entre eux via un sertissage.
Afin d’améliorer le refroidissement du fluide de refroidissement, l’onduleur 4 peut être isolé thermiquement de la machine électrique de traction. A cette fin, l’onduleur 4 peut comporter un carter en plastique l’isolant thermiquement de la machine électrique de traction.
Par ailleurs, l’échangeur de chaleur 3 est agencé pour refroidir le liquide de refroidissement d’un circuit de refroidissement haute température (non illustré) que comporte le véhicule semi-hybride 1. Le radiateur 9 de refroidissement fait partie de ce circuit de refroidissement haute température. Le circuit de refroidissement haute température est utilisé pour, notamment refroidir la température du moteur thermique 8.
Les différents aspects de l’invention susmentionnés présentent de nombreux avantages. Parmi ceux-ci, on peut citer :
  • Améliorer le refroidissement du liquide de refroidissement d’un circuit de refroidissement basse température grâce à l’implantation en façade accessoires, et plus particulièrement devant le radiateur de refroidissement du moteur thermique, de la première conduite ; et
  • Diminuer le cout et l’encombrement du circuit de refroidissement basse température en supprimant le radiateur équipant habituellement ce type de circuit de refroidissement basse température.

Claims (10)

  1. Véhicule semi-hybride (1) comportant un circuit de refroidissement basse température (2) passant par un échangeur de chaleur (3) agencé pour refroidir un fluide de refroidissement dudit circuit de refroidissement basse température (2), un onduleur (4) d’une machine électrique de traction dudit véhicule semi-hybride (1), une batterie de puissance (5) agencée pour fournir de l’énergie à ladite machine électrique de traction, un convertisseur continu-continu (6) agencé pour recharger une batterie de servitude dudit véhicule semi-hybride (1) au moyen de ladite batterie de puissance (5), et une pompe (7) agencée pour forcer une circulation dudit fluide de refroidissement dans ledit circuit de refroidissement basse température (2), ledit véhicule semi-hybride (1) étant caractérisé en ce que ledit circuit de refroidissement basse température (2) comporte une première conduite (11) connectée en sortie dudit onduleur (4) et en entrée dudit échangeur de chaleur (3), ladite première conduite (11) passant devant un radiateur (9) de refroidissement d’un moteur thermique (8) disposé dans une façade accessoires (12) dudit véhicule semi-hybride (1).
  2. Véhicule semi-hybride (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement basse température (2) comporte en outre :
    • Une deuxième conduite (15) connectée à l’échangeur de chaleur (3) et à la pompe (7) ; et
    • Une troisième conduite (18) connectée à ladite pompe (7) et la batterie de puissance (5), ladite pompe (7) étant disposée entre le moteur thermique (8) et un habitacle (10) dudit véhicule semi-hybride (1).
  3. Véhicule semi-hybride (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement basse température (2) comporte en outre :
    • Une quatrième conduite (21) connectée à la batterie de puissance (5) et au convertisseur (6) ; et
    • Une cinquième conduite (25) connectée audit convertisseur (6) et à l’onduleur (4).
  4. Véhicule semi-hybride (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement basse température (2) est agencé pour permettre un échange thermique entre le fluide de refroidissement contenu dans le circuit de refroidissement basse température (2) et l’extérieur qui est :
    • Maximal, ledit échange thermique maximal étant assuré par un premier segment (13) de la première conduite (11) connecté à l’échangeur de chaleur (3) et passant devant le radiateur (9) de refroidissement du moteur thermique (8), un troisième segment (16) de la deuxième conduite (15) connecté audit échangeur de chaleur (3), un sixième segment (20) de la troisième conduite (18) connecté à la batterie de puissance (5) et un septième segment (22) de la quatrième conduite (21) connecté à ladite batterie de puissance (5) ;
    • Moyen, ledit échange thermique moyen étant assuré par un deuxième segment (14) de ladite première conduite (11) connecté à l’onduleur (4), un huitième segment (23) de la quatrième conduite (21) connecté au convertisseur (6), et la cinquième conduite (25) ; et
    • Minimal, ledit échange thermique minimal étant assuré par un quatrième segment (17) de ladite deuxième conduite (15) connecté à ladite pompe (7), un cinquième segment (19) de ladite troisième conduite (18) connecté à ladite pompe (7) et un neuvième segment (24) de ladite quatrième conduite (21) disposé entre ledit septième segment (22) et ledit huitième segment (23) de ladite quatrième conduite (21).
  5. Véhicule semi-hybride (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’échange thermique maximal est assuré par une paroi de conduite en aluminium.
  6. Véhicule semi-hybride (1) selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l’échange thermique minimal est assuré par une paroi de conduite en caoutchouc présentant une épaisseur comprise entre 3 mm et 5 mm.
  7. Véhicule semi-hybride (1) selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l’échange thermique moyen est assuré par une paroi de conduite en caoutchouc présentant une épaisseur comprise entre 1 mm et 3 mm.
  8. Véhicule semi-hybride (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’onduleur (4) est isolé thermiquement de la machine électrique de traction.
  9. Véhicule semi-hybride (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la batterie de puissance (5) est disposée en dessous de l’habitacle (10) du véhicule semi-hybride (1).
  10. Véhicule semi-hybride (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la batterie de puissance (5) présente une tension de 48V.
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