WO2019150032A1 - Procede de traitement thermique d'un habitacle et d'un dispositif de stockage electrique d'un vehicule automobile - Google Patents

Procede de traitement thermique d'un habitacle et d'un dispositif de stockage electrique d'un vehicule automobile Download PDF

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Stefan Karl
Roland AKIKI
Jin-ming LIU
Bertrand Nicolas
François CHARBONNELLE
Erwan ETIENNE
Philippe Jouanny
Samer Saab
Bertrand Gessier
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the field of the present invention is that of the heat treatment of different zones or components of a motor vehicle.
  • the present invention relates more specifically to the heat treatment of the passenger compartment and the heat treatment of an electrical storage device of such a vehicle.
  • the present invention finds a preferred, but not exclusive, application in the field of motor vehicles driven at least in part by an electric motor.
  • Motor vehicles are commonly equipped with a refrigerant circuit used to heat or cool different areas or different components of the vehicle. It is in particular known to use this refrigerant circuit to thermally treat a flow of air into the passenger compartment of the vehicle equipped with such a circuit and, thus, establish and / or maintain a predefined temperature level within this cabin.
  • a new charging technique has appeared recently, aiming to charge the electrical storage device in a maximum of twenty to thirty minutes. It consists in charging the electrical storage device under high voltage and amperage. This charge, called fast charging, involves a heating of the electrical storage device that should be treated. In addition, the possibility must be considered that the occupants of the vehicle remain inside the vehicle during all or part of the charging time mentioned above. It is also necessary to heat treat the passenger during this fast charge, in order to maintain comfort conditions acceptable to the occupants, especially when the temperature outside the vehicle exceeds 35 ° C. These two demands in cooling imply a dimensioning of the system which makes it little compatible with the constraints of the current motor vehicles.
  • the technical problem therefore lies in the simultaneous ability to dissipate the calories generated by the electrical storage device during the fast charge and to maintain a substantially constant cooling level in the passenger compartment, while limiting the consumption and / or the space requirement. a system capable of simultaneously fulfilling these two functions.
  • the invention is in this context and proposes a technical solution that contributes to the achievement of these objectives, that is to say, maintain the electrical storage device below a threshold temperature for a period of time. fast charge while maintaining the heat treatment and, in particular, cooling performance of the passenger compartment expected by the occupant of the vehicle.
  • the subject of the invention is a method of heat treatment of a passenger compartment and of an electrical storage device for a vehicle towed at least in part by an electric motor, the motor vehicle implementing at least one refrigerant circuit which comprises at least a first heat exchanger dedicated to the heat treatment of the electrical storage device and a second heat exchanger dedicated to the heat treatment of the passenger compartment of the vehicle, the method alternately implementing a first step of supplying power to the vehicle. refrigerant fluid of the first heat exchanger and a second coolant supply step of the second heat exchanger.
  • the electrical storage device may consist of a battery or a set of batteries.
  • heat treatment of the cabin of the vehicle means all the operations resulting in establishing and / or maintaining, for example, a temperature level and / or a predefined ventilation level within of this cabin, and is meant by heat treatment of the electrical storage device all the operations to cool it, for example during charging operations thereof.
  • the term "fast charging phase" of the electrical storage device is understood to mean an operation of supplying external energy to the latter, carried out by a static charging station delivering, for example, a current of an intensity greater than about 400 amps at a voltage greater than about 800 volts for the duration of the load. It is therefore a charging station configured to perform a so-called fast charge, that is to say, in a maximum period of the order of twenty to thirty minutes.
  • the invention provides that the aforementioned first step and the second step alternate for a predefined duration, for example during a fast charging operation of the electrical storage device, ie a few tens of minutes.
  • the invention provides a succession of such cycles for a predefined period, for example that of a fast charging operation of the electrical storage device.
  • the cooling capacity available during the first step of the process according to the invention for cooling the electric storage device is greater than the cooling capacity available for this same operation when the first heat exchanger and the second heat exchanger are simultaneously supplied with refrigerant.
  • the cooling capacity available, during the second step of the method according to the invention, for the heat treatment of the passenger compartment of the vehicle is greater than the cooling capacity available for this same operation when the first heat exchanger and the second exchanger are simultaneously supplied with refrigerant.
  • the alternation of the first step and the second step of the process according to the invention leads to successive temporary increases in the cooling capacity dedicated, respectively, to the cooling of the electrical storage device and the heat treatment of the passenger compartment of the vehicle.
  • the first heat exchanger is advantageously configured to carry out the cooling of the electrical storage device at a first temperature higher than a second temperature at which the second heat exchanger is subjected to perform the heat exchange required to perform the heat treatment or, more precisely, the cooling of the passenger compartment of the vehicle.
  • the first heat exchanger is advantageously configured to achieve a heat exchange at a first temperature of between about 10 and 20 degrees Celsius
  • the second heat exchanger is advantageously configured to perform a heat exchange at a second temperature of the order of a few degrees Celsius, for example less than 5 ° C.
  • the cooling and heating of the electrical storage device require a longer duration than the heating and / or cooling carried out by means of the second heat exchanger dedicated to the heat treatment of the passenger compartment of the vehicle.
  • the total cooling capacity developed by the refrigerant circuit is no longer limited by the thermodynamic cycle that takes place in this second heat exchanger. This has the consequence that the total refrigerating capacity developed by the refrigerant circuit will be greater, during the first step of the process according to the invention, to the total cooling capacity developed by this same refrigerant circuit when the first heat exchanger and the second heat exchanger are simultaneously supplied with refrigerant.
  • components of the refrigerant circuit are controlled to carry the refrigerant at a first pressure during the first step and to bring the refrigerant to a second pressure during the second step. In this way, it is intended to pass in each heat exchanger, alternately fed, the refrigerant at an optimum pressure for the thermal operation of this exchanger.
  • the refrigerant is brought to a first pressure substantially equal to 5 bars during the first step and the refrigerant supply only of the heat exchanger associated with the heat treatment of the electrical storage device, and the refrigerant is brought to a second pressure substantially equal to 3 bars in the second step and the coolant supply only of the heat exchanger associated with the heat treatment of the passenger compartment.
  • the invention has one or more of the following characteristics, taken separately or in combination:
  • the total duration of a cycle of the process according to the invention that is to say, as defined above, of an alternation of a first stage and a second stage of the process according to the invention; the invention is of the order of a few minutes, for example about 2 to 5 minutes.
  • a fast charging operation intended to last between about 20 and 30 minutes, it will therefore be possible to carry out successively several cycles, that is to say, several alternations of the first step and the second step of the process according to the invention. invention, for example about 6 to 10 cycles.
  • the first duration of the first step of the process according to the invention represents between 20 and 80% of a duration corresponding to the sum of the duration of implementation of the first stage and the second stage of the process according to the invention; .
  • the duration of the first step of the process according to the invention represents between 20 and 80% of the duration of a cycle as previously defined.
  • a first duration of the first step is greater than a second duration of the second step.
  • the total cooling capacity developed by the refrigerant circuit is greater than the total cooling capacity developed by the same refrigerant circuit when the first heat exchanger and the second heat exchanger are simultaneously supplied with refrigerant.
  • the duration of the first step being greater than or equal to the duration of the second step of the process according to the invention
  • the average total cooling capacity developed by the refrigerant circuit during a cycle as defined above will be strictly greater than the total power developed by this refrigerant circuit when the first heat exchanger and the second heat exchanger are simultaneously supplied with refrigerant.
  • the method according to the invention implemented during a fast charging operation of the electrical storage device, makes it possible to increase the average total cooling capacity developed by the refrigerant circuit for the duration of the this fast charging operation.
  • the method according to the invention comprises a step of thermal storage of frigories which is generated during the second step at the passage of the cooling fluid.
  • the totality of the cooling capacity developed by the refrigerant circuit is devoted to the heat treatment performed by the second heat exchanger, and this power refrigerant is greater than the cooling capacity dedicated to the second heat exchanger when the latter is simultaneously supplied with refrigerant fluid with the first heat exchanger.
  • the second heat exchanger receives, from the refrigerant circuit, an additional amount of frigories with respect to the frigories that this second heat exchanger receives when it is simultaneously powered.
  • the term "frigory” denotes any amount of energy supplied or used to lower the temperature, for example, of the electrical storage device or the passenger compartment of the vehicle. It is therefore advantageous to carry out an operation for storing frigories, in particular for the purpose of subsequently using this energy during a new first supply phase in which the coolant no longer supplies the second heat exchanger.
  • the stage of thermal storage of frigories generated during the second stage at the passage of the cooling fluid can be followed by a step of retrieval, or discharge, of these frigories in an air stream during the first step succeeding said second step.
  • the thermal storage unit is configured to store the aforementioned frigories in order to restore them later.
  • the thermal storage is in the form of a heat exchanger implementing at least one phase-change material.
  • the phase change material used in the thermal storage unit has a melting point of between 20 and 40 degrees Celsius.
  • such a thermal storage unit is arranged, within the refrigerant circuit, in the immediate vicinity of the second heat exchanger, that is to say that, for example, an output of the second heat exchanger is directly connected to an input of the thermal storage.
  • such a thermal storage unit is in the form of a specific module integrated in the second heat exchanger.
  • the method according to the invention comprises a step of determining a load requirement of the electrical storage device.
  • this step of determining a load requirement of the electrical storage device comprises a first substep of measuring the energy stored in the electrical storage device.
  • this measurement can be performed by a control and measurement module of the electrical storage device, at time intervals, regular or not, previously defined.
  • the step of determining a load requirement of the electrical storage device advantageously also comprises a second substep of comparing the energy stored in the electrical storage device with a predetermined energy threshold value. The load requirement is defined when the energy stored in the electrical storage device is below the aforementioned threshold value.
  • the threshold value may be set at a few percent or a few tens of percent of the total energy that the electrical storage device can store, for example 30%: the load requirement will then be defined when the energy stored in the electrical storage device is less than 30% of the total energy that this storage device can accumulate.
  • the implementation of the first heat exchanger or the second heat exchanger that is to say the refrigerant supply of the first or second heat exchanger, is carried out by controlling a first expansion member, one of which outlet is connected to an inlet of the first heat exchanger, and a second expansion member whose output is connected to an inlet of the second heat exchanger.
  • the succession of alternations of the first and second stages of the process according to the invention is governed by a computer which controls the refrigerant circuit. More specifically, this computer is configured to control the state of the first detent member and second detent member.
  • the invention achieves the aim it had set for itself, namely, during a rapid charging operation of the electrical storage device, efficiently perform the cooling of the latter while maintaining the heat treatment performance of the vehicle cabin expected by the occupants of the latter.
  • the refrigerant circuit implemented in the context of the process according to the invention advantageously comprises at least one main branch comprising at least one compression device and a main heat exchanger, as well as a first branch and a second branch which extend between a point of divergence and a point of convergence and which are arranged in parallel with each other.
  • the first branch of such a refrigerant circuit comprises at least a first expansion member and the first aforementioned heat exchanger, configured to cool the vehicle's electrical storage device
  • the second branch comprises at least one second transmission member. detent and the second heat exchanger, configured to perform the heat treatment of the passenger compartment of the vehicle.
  • a thermal storage can be provided.
  • this thermal storage unit can be integrated in the second heat exchanger arranged in the second branch of the refrigerant circuit.
  • the thermal storage can be arranged in the second branch of the refrigerant circuit, on a branch branch.
  • the second heat exchanger may comprise a main heat exchanger and a secondary heat exchanger, which may in particular consist of a pre-evaporator.
  • the main heat exchanger can be arranged on the second branch so that the fluid passes through it at a second pressure and the secondary heat exchanger can be arranged on a branch arranged in parallel with the first heat exchanger disposed on the first branch of the refrigerant circuit so that it is traversed by the fluid at a first pressure.
  • the invention also relates to a cooling assembly comprising a refrigerant circuit as described above, in which the first heat exchanger is common to the refrigerant circuit and to a coolant loop on which the electrical storage device is arranged. .
  • a thermal storage can be provided on the heat transfer fluid loop or in contact with the electrical storage device.
  • FIG. 1 is a diagrammatic view of a logic diagram showing different stages of the process according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of the evolution of the cooling capacity of a refrigerant circuit in which the process according to the invention is implemented
  • FIG. 3 is a schematic representation of a first variant of an exemplary embodiment of a refrigerant circuit in which the method according to the invention can be implemented;
  • FIGS. 4 and 5 are diagrammatic representations; of the circuit of FIG. 3 illustrating the circulation of the coolant in the circuit during a first (FIG. 5) and a second (fig.4) step of the process,
  • FIG. 6 is a schematic representation of a second variant of an exemplary embodiment of a refrigerant circuit in which the method according to the invention can be implemented
  • FIGS. 7 and 8 are diagrammatic representations of the circuit of FIG. 6 illustrating the circulation of the refrigerant in the circuit during a first (FIG. 8) and a second (FIG.
  • FIG. 9 is a schematic representation of a third variant of an exemplary embodiment of a refrigerant circuit in which the method according to the invention can be implemented.
  • FIGS. 10 and 11 are diagrammatic representations of the circuit of FIG. 9 illustrating the circulation of the refrigerant fluid in the circuit during a first (fig.ll) and a second (FIG. 10) stage of the process, and
  • FIG. 12 is a schematic representation of an alternative embodiment of a refrigerant circuit in which the method according to the invention can be implemented.
  • Figure 1 schematically shows the different steps of the method according to the invention.
  • the method according to the invention finds a particularly advantageous, but not exclusive, application to motor vehicles powered at least in part by an electric motor not shown in the figures.
  • a load requirement of an electrical storage device 11 is defined.
  • the electrical storage device 11 is diagrammatically represented in FIGS. 3 to 11 which successively illustrate three exemplary embodiments of a refrigerant circuit 1 arranged in a motor vehicle in which the method according to the invention is implemented.
  • the main function of the electrical storage device 11 is to accumulate electrical energy and then return this energy to one or more engines that put the vehicle in motion.
  • the electrical storage device 11 consists, for example, in a battery pack comprising several electric cells configured to store a current electric.
  • the step 100 of determining a load requirement of the electrical storage device 11 advantageously comprises a first substep 110 for measuring the electrical energy stored in the electrical storage device 11.
  • this measurement is performed by a dedicated control module, not shown in the figures, and it is performed at time intervals, regular or not, previously defined.
  • step 100 of determining a load requirement of the electrical storage device 11 also comprises a second substep 120 for comparing the measured value of electrical energy stored in the electrical storage device. 11 with a threshold value, 130, of electrical energy, previously defined.
  • the charging requirement is required when the electrical energy stored in the electric storage device 11, measured during the first sub-step 110, is less than the threshold value 130 above.
  • the threshold value 130 may be set at a few percent or a few tens of percent of the maximum or total electrical energy that the electrical storage device 11 can store, for example 30%.
  • the charging operation in the context of which the method according to the invention is more precisely implemented is a so-called “fast” charging operation, that is to say that its maximum duration is of the order of twenty to thirty minutes and that it consists in supplying, during this period, the electric storage device 11 with a current whose intensity is greater than about 400 amps at a voltage greater than about 800 volts. It is easily understood that the energy input achieved during such a charging operation leads to a significant heating of the electrical storage device 11, which heating is necessary to limit in order to prevent any damage to the electrical storage device 11 and / or any degradation of its performance.
  • the vehicle users may be required to remain in the vehicle during the so-called “fast” charging operation, because of the reduced duration of this charging operation. These users may be required to operate the air conditioning of the motor vehicle during the so-called “fast” charging operation, and it is therefore appropriate to simultaneously perform a cooling of the electrical storage device and a cooling of the passenger compartment.
  • the charging operation 200 is accompanied by the alternating embodiment of a first step 210 during which a first heat exchanger 10, visible in FIGS. 3 to 11, is powered by a refrigerant circulating in a cooling circuit.
  • refrigerant 1 and a second step 220 during which a second heat exchanger 14, visible in Figures 3 to 11, is supplied by the aforementioned refrigerant.
  • the first heat exchanger 10 is more specifically dedicated to the heat treatment, that is to say the cooling, of the electrical storage device 11 previously mentioned, and the second heat exchanger 14 is more specifically dedicated to the heat treatment of the cabin of the vehicle.
  • heat treatment of the passenger compartment here refers to all the operations intended to establish and / or maintain, within this cabin, a predefined level of temperature and / or ventilation.
  • the invention provides that the first heat exchanger 10 is supplied with refrigerant during a first period, 215, of the first step 210 above, after which the second heat exchanger 14 is supplied with refrigerant for a second duration, 225, of the second step 220 above.
  • cycle 230 an alternation of a first step 210 and a second step 220 previously defined.
  • a cycle 230 thus has a duration 235 substantially equal to the sum of the first duration 215 of the first step 210 and the second duration 225 of the second step 220 previously defined.
  • the first step 210 precedes the triggering of the second step 220 after the first determined duration 215, without this however being limiting.
  • the cycle 230 could begin, without departing from the context of the invention, by performing the second step 220 of the method according to the invention associated with the cooling of the passenger compartment via the second heat exchanger 14 and be followed by the realization of the first step 210 of the method according to the invention associated with the cooling of the electrical storage device via the first heat exchanger 10.
  • the alternation of the cycles 230 continues throughout the duration 250 of the charging operation 200.
  • the method according to the invention comprises, at the end of each second step 220 of a cycle 230 as defined above, a step 240 for comparing the duration 250 of the charging operation, previously defined, and the cumulative duration of the various cycles 230 carried out since the start of the method according to the invention, the cumulative duration being equal to the sum of the durations of the cycles 230 already carried out.
  • the invention provides that the succession of previously defined cycles 230 continues as long as the aforementioned cumulative duration is less than the duration 250 of the charging operation 200.
  • a safety margin not shown in FIG.
  • the duration 235 of a cycle 230 as defined above may be of the order of about 2 to 5 minutes: it will therefore be possible to carry out several cycles 230, for example six to ten cycles. 230, for the total duration 250, of about 20 to 30 minutes, of a charging operation of the electrical storage device 11 as defined above.
  • the cooling assembly is configured and controlled so that the alternation of refrigerant supply of the one and the other of the heat exchangers is accompanied by a corresponding alternating modification of the pressure of the refrigerant fluid circulated in one and the other of the branches on which are arranged these heat exchangers.
  • components equipping the refrigerant circuit, and in particular a compressor and / or expansion devices are controlled so that the refrigerant is brought to a pressure allowing optimal thermal performance of the first heat exchanger when the refrigerant is oriented towards this first heat exchanger, and so that correspondingly, the refrigerant fluid is brought to a pressure for optimal thermal performance of the second heat exchanger when the coolant is directed towards the second heat exchanger.
  • the alternate supply of the first heat exchanger 10 or the second heat exchanger 14 allows, during the duration 215, 225, of each of the steps, to have, for the heat exchange operation in question, a larger cooling capacity than the one available for each of these operations, when the first heat exchanger 10 and the second heat exchanger 14 are simultaneously supplied with refrigerant.
  • This alternation accompanied by a change in the pressure of the refrigerant fluid circulated in one or the other heat exchangers allows the cooling efficiency of the electric storage device 11 is increased during the first step 210 previously defined, as well as the efficiency of the heat treatment of the passenger compartment of the vehicle during the second step 220.
  • FIG. 2 schematically illustrates the evolution, over time, of the cooling capacity developed by a refrigerant circuit 1 implementing the method according to the invention.
  • FIG. 2 shows more particularly the succession of three cycles 230 each composed of a first step 210 of a first duration 215 and a second step 220 of a second duration 225, as defined above.
  • Each cycle 230 thus has a total duration 235 equal to the sum of the first duration 215 and the second duration 225, and the three cycles 230 shown in FIG. 2 have a cumulative duration equal to the sum of the durations 235 of each of the three cycles 230 represented, here equal to the total duration 250 of the so-called "fast" charging operation.
  • the first heat exchanger 10, more specifically dedicated to the cooling of the storage device 11 is advantageously configured to carry out this cooling at a first temperature higher than a second temperature at which the second heat exchanger 14, more specifically dedicated to the heat treatment of the cabin of the vehicle, is subjected to carry out this last operation.
  • the first heat exchanger 10 is, for example, advantageously configured to achieve a heat exchange at a first temperature 310 of between about 10 and 20 degrees Celsius
  • the second heat exchanger 14 is, for example, advantageously configured to perform a heat exchange at a second temperature 320 of the order of a few degrees Celsius, for example less than 5 ° C.
  • the first heat exchanger 10 is configured in such a way that the thermal performance corresponding to the heat exchanges made at this heat exchanger is optimal if the refrigerant circulates at a first low pressure of greater value than that of the heat exchanger.
  • second low pressure which must circulate the refrigerant so that the heat performance corresponding to the heat exchange made at the second heat exchanger is optimal.
  • the refrigerant in order to obtain these optimal thermal performances, which make it possible to obtain over the duration of the fast charging operation of the electrical storage device a total cooling power better than that which would be developed if both heat exchangers were fed simultaneously, the refrigerant can be brought to a first low pressure of equivalent value at 5 bar when it circulates to supply the first heat exchanger and at a second low pressure of value equivalent to 3 bar when circulating for feed the second heat exchanger.
  • first heat exchanger 10 and the second heat exchanger 14 are simultaneously supplied with refrigerant at a predetermined pressure, one of the heat exchange operations carried out in the one of the heat exchangers can thermodynamically limit the total cooling capacity of the refrigerant circuit 1.
  • the total cooling capacity may be around 6 kW, of which, for example, about 3 kW will be more specifically dissipated by the thermal ecfiange operation performed within the first heat exchanger 10, that is to say more specifically dedicated to the cooling of the electrical storage device 11 , and of which about 3 kW will be more specifically dissipated by the heat exchange operation performed in the second heat exchanger 14, that is to say more specifically dedicated to the heat treatment of the passenger compartment of the vehicle.
  • the total cooling capacity developed by the refrigerant circuit 1 during the first step 210 of the process according to the invention ie when the first heat exchanger 10 is energized refrigerant while the second heat exchanger 10 is not, corresponds to a first cooling capacity 410
  • the total cooling capacity developed by the refrigerant circuit 1 in the second step 220 of the method according to the invention that is to say when the second heat exchanger 14 is supplied with refrigerant while the first heat exchanger 10 is not, corresponds to a second cooling capacity 420.
  • the first refrigerating power 410 developed by the refrigerant circuit 1 during the first step 210 of the method according to the invention, is greater than the second total cooling capacity 420 previously defined.
  • the first total cooling capacity 410 may be of the order of 12 1 ⁇ W.
  • the refrigerant circuit 1 therefore develops alternately, during a cycle 230 as defined above, the second total cooling capacity 420 during the duration 225 of the second step 220, and the first total cooling capacity 410 during the duration 215 of the first step 210.
  • the first duration 215 of the first step 210 of the method according to the invention may represent 20 to 80% of the total duration 235 of a cycle 230 as previously defined.
  • the first duration 215 of the first step 210 may advantageously be greater than the second duration 225 of the second step 220 of the method according to the invention.
  • the average total cooling capacity 430 developed by the refrigerant circuit 1 during a cycle 230 is between the second total cooling capacity 420 and the first total cooling capacity 410 previously defined, and that, in particular, the average total cooling capacity 430 is greater than the second cooling capacity 420 previously defined.
  • the process according to the invention therefore makes it possible to increase the average total cooling capacity 430 developed by the refrigerant circuit 1 during a cycle 230 as previously defined.
  • a total cooling capacity substantially equal to the second refrigerating power 420 previously defined of the order of 6.5 kW of which about 2.5 kW dedicated to the heat exchange carried out within the second heat exchanger 14, and developing, during the first step 210 of the method according to the invention, a second refrigerating power 420 of the order of about 12 kW, the average total cooling power gain achieved by the method according to the invention, in the case where the first duration 215 of the first step 210 of this process is of the order of 60 to 65% the total duration 235 of a cycle 230 as defined above, can reach nearly 50% compared to the total cooling capacity developed by the refrigerant circuit 1 when the first heat exchanger 10 and the second heat exchanger 14 are simultaneously supplied with refrigerant.
  • FIGS 3 to 12 schematically illustrate a cooling assembly of a motor vehicle having a closed loop circuit configured to circulate therein a refrigerant fluid, the latter may be sub-critical or supercritical nature.
  • the cooling assembly here comprises the refrigerant circuit 1 and a heat transfer fluid loop 50 on which the electrical storage device 11 is arranged.
  • the refrigerant circuit 1 comprises a main branch 2, a first branch 4 and a second branch 5 which are respectively in series of the main branch 2, so as to form a closed circuit where a thermodynamic cycle takes place.
  • first branch 4 and the second branch 5 separate at a point of divergence 6 and meet at a point of convergence 7 ⁇ Between these two points, first branch 4 and second branch 5 form two parallel flow paths of the refrigerant.
  • the main branch 2 extends from the convergence point 7 to the point of divergence 6 and comprises a main heat exchanger 3 and a compression device 20. On this main branch 2, the compression device 20 is arranged between the point of convergence 7 and an inlet 30 of the main heat exchanger 3-
  • the compression device 20 allows the circulation of the refrigerant fluid in the refrigerant circuit 1.
  • the compression device 20 can take the form of an electric compressor, that is to say a compressor which comprises a mechanism compression, an electric motor and possibly a controller.
  • the compression mechanism is rotated by the electric motor whose speed of rotation is under the control of the controller, which may be external or internal to the compression device concerned.
  • the main heat exchanger 3 is intended to be traversed by the refrigerant and by an outside air flow.
  • the main heat exchanger 3 is the seat of a heat exchange between the coolant and the outside air flow and can be used as a condenser.
  • This main heat exchanger 3 can be installed on the front of the vehicle equipped with the refrigerant circuit 1 according to the invention, and it is, in this situation, traversed by the flow of air outside the passenger compartment of the vehicle.
  • the first branch 4 starts at the point of divergence 6, ends at the point of convergence 7, and comprises successively, between these two points, a first expansion member 8 and a first heat exchanger 10.
  • the first heat exchanger 10 is thus interposed between an outlet 29 of the first expansion member 8 and the point of convergence 7, the first expansion member 8 being disposed between the divergence point 6 and an inlet 44 of the first heat exchanger 10.
  • This first heat exchanger 10 is specifically dedicated to the treatment thermal storage device 11 previously defined.
  • the first heat exchanger 10 is thermally associated with the electrical storage device 11 via a loop 50 of coolant. This is called indirect heat treatment of the electrical storage device 11.
  • the heat transfer fluid thus captures the calories at the electrical storage device 11 and transports them to the first heat exchanger 10.
  • the first heat exchanger 10 exchanges heat directly with the electric storage device 11, by convection or conduction: it is called direct heat treatment of the electrical storage device.
  • the first expansion member 8 may be indifferently a thermostatic expansion valve, an electronic expansion valve, a tube orifice or the like.
  • the second branch 5 starts at the point of divergence 6, ends at the point of convergence 7, and comprises successively a second expansion member 12 and a second heat exchanger 14.
  • the second heat exchanger 14 is thus interposed between an outlet 34 of the second member 12 and the point of convergence 7, the second expansion member 12 being disposed between the point of divergence 6 and an inlet 45 of the second heat exchanger 14.
  • the second heat exchanger 14 is intended to thermally treat an interior air flow which is intended to be sent inside the passenger compartment of the vehicle.
  • the second heat exchanger 14 may be installed inside a ventilation, heating and / or air conditioning system, not shown in FIGS. 3 and 4, which cooperates with the refrigerant circuit 1, to form a heat treatment system. of the motor vehicle.
  • the second heat exchanger 14 can then be used as an evaporator to cool the interior air flow that is sent into the passenger compartment of the vehicle.
  • the second expansion member 12 may be indifferently a thermostatic expansion valve, an electronic expansion valve, a tube orifice or the like.
  • the compression device 20 draws refrigerant fluid successively or alternatively according to the selected mode at a first pressure LP1 substantially equal to a pressure value of 5 bar and a second pressure LP2 substantially equal to a pressure value of 3 bar.
  • the cooling power supplied is different. It is superior in the case of cooling the thermal storage.
  • the first heat exchanger 10 and the second heat exchanger 14 are alternately supplied with refrigerant fluid. And more particularly, the coolant brought to be directed alternately to the first or the second heat exchanger is brought to a pressure suitable for the operation of each of the heat exchangers.
  • the alternating passage of the cooling fluid in one or the other of the branches is advantageously achieved by controlling the expansion element 8, 12, placed in the branch 4 5, of the refrigerant circuit 1 in which is arranged the heat exchanger 10, 14 considered.
  • the first expansion member 8 is controlled to be in its active state, that is to say to let the coolant circulate in the first branch 4 previously defined, the second expansion member 12 being controlled to be in its passive state, that is to say to prohibit any passage of refrigerant fluid in the second branch 5 of the refrigerant circuit 1.
  • the second expansion member 12 which is controlled to be in its active state, c ' that is to say to let the coolant flow in the second branch 5 previously defined, the first expansion member 8 being controlled to be in its passive state, that is to say to prohibit any passage of refrigerant in the first branch 4 of the refrigerant circuit 1.
  • the first step 210 of the method according to the invention allows the passage of refrigerant at a pressure equivalent to the first one.
  • BPl pressure of value equal to 5 bar optimized for the operation of the first heat exchanger.
  • the second step 220 of the method according to the invention allows the passage of refrigerant at a pressure equivalent to the second pressure BP2, a value equal to 3 bar optimized for the operation of the second heat exchanger.
  • analogous operation may be provided at different values of first pressure BP1 and second pressure BP2 for a natural fluid such as R744 for example.
  • the successive alternations of the first step 210 and the second step 220 of the method according to the invention are governed by a computer, not shown in the figures, more particularly configured to control the state of the first and second expansion members 8, 12.
  • this supplement of frigories can be dissipated during the second step 220 of the method according to the invention, for example by increasing the flow of air passing through the second heat exchanger 14.
  • a thermal storage unit 610 is arranged on the second branch 5 of the refrigerant circuit 1, here downstream of the second heat exchanger with respect to the direction of circulation of the refrigerant.
  • the thermal storage unit 610 is advantageously implemented during a thermal storage step 221 of the method according to the invention, identified in FIG. 1, carried out simultaneously with the second step 220 of the method according to the invention.
  • a thermal storage module 611 of operation similar to that which will be described hereinafter for the thermal storage unit arranged on the second branch 5 of the fluid circuit refrigerant, can be arranged on the loop 50 of coolant or directly in contact with the first heat exchanger.
  • the thermal storage unit 610 is integrated with the second heat exchanger 14. This makes it possible, in particular, to limit the pressure losses that may result from the presence of a bypass circuit on which to dispose the thermal storage unit, and this makes it possible to restore, during the first stage 210 of the process, the refrigerants stored in the second stage 220 directly in the air passing through the second exchanger 14.
  • FIG. 4 illustrates the cooling assembly according to the first variant of FIG. 3 as it is configured during the second step 220 of the invention, during which a maximum cooling power is delivered at the level of the heat exchanger associated with the cooling of the passenger compartment, and during which a charge of the thermal storage unit 610 is achieved.
  • the refrigerant passes through the main heat exchanger 3 to achieve a heat exchange with a first air flow Fl and is directed through the second branch 5 towards the second heat exchanger 14, via appropriate control of the two expansion members 8 and 12 for heat exchange with a second air flow F2 for cooling the passenger compartment.
  • the first expansion member is controlled to prevent the passage of fluid to the first branch 4 and the second expansion member 12 is controlled to allow the passage of refrigerant at a flow rate and pressure determined.
  • the refrigerant passes through the second heat exchanger at a determined low pressure so that the second heat exchanger operates optimally, that is to say here a second BP2 pressure equal to 3 bars.
  • the thermal storage device 610 is a heat exchanger using a phase-change material whose melting temperature is substantially of the order of the temperature of the refrigerant when it approaches, in its circulation within the fluid circuit. refrigerant 1, the second branch 5 ⁇
  • the temperature of the coolant is lower than the melting temperature of the phase change material used in the thermal storage unit 610.
  • the phase change material transfers calories to the cooling fluid, or, in other words, captures, within the coolant, the corresponding frigories. This phenomenon corresponds to a load of the thermal storage unit 610.
  • the second air flow F2 is cooled by the refrigerant.
  • FIG. 5 illustrates the cooling assembly according to the first variant of FIG. 3 as it is configured during the first step 210 of the invention, during which a maximum cooling power is delivered at the level of the heat exchanger associated with the cooling of the electrical storage device, and during which a release head of the thermal storage unit 610 is produced.
  • the refrigerant flows through the main heat exchanger 3 to heat exchange with a first air flow F1 and is directed through the first branch 4 towards the first heat exchanger 10, via appropriate control of the two expansion members 8 and 12, to achieve a heat exchange with a coolant circulating in the loop 50 for cooling the electric storage device 11.
  • the second expansion member 12 is controlled to prevent the passage of fluid to the second branch 5 and the first expansion member 8 is controlled to allow the passage of refrigerant at a flow rate and pressure determined.
  • the refrigerant passes through the first heat exchanger at a determined low pressure so that the first heat exchanger operates optimally, that is to say here a first BPl pressure equal to 5 bars.
  • this first step 210 no refrigerant circulates in the second branch 5 so that the second air flow F2 can not be cooled by means of this refrigerant.
  • the second air flow F2 continues to pass through the second heat exchanger 14, and it licks during this passage the integrated thermal storage in the second heat exchanger 14.
  • the temperature of this second air flow F2 is greater at the melting temperature of the phase change material used in the thermal storage unit 610.
  • the phase change material transfers frigories to the second air flow F2. This phenomenon corresponds to a discharge of the thermal storage unit 610.
  • the thermal storage unit 610 is loaded during the second step 220 previously defined, and it discharges during the first step 210 previously defined.
  • the presence of the thermal storage unit 610 therefore makes it possible, even when the second heat exchanger 14 is not supplied with circulating refrigerant, to maintain the efficiency of the heat exchange achieved, within this second heat exchanger 14, between the second previously defined air flow and the non-circulating refrigerant present in the second heat exchanger 14.
  • the second variant illustrated in FIGS. 6 to 8 differs from the above in that the thermal storage unit 610 is no longer integrated in the second heat exchanger 14.
  • the The invention provides in this second variant that the thermal storage 610 is mounted on a bypass branch 620 in which the refrigerant can circulate following the actuation of a bypass valve 630.
  • the bypass valve 630 is a three-way valve including an inlet channel 630a, a first outlet channel 630b and a second outlet channel 630c.
  • the bypass valve may be formed of a set of valves and / or pipes, on the model of a fluid distribution manifold.
  • the bypass valve 630 is advantageously controlled, for example by the aforementioned computer, to control the passage of the refrigerant through the thermal storage 610.
  • the bypass valve 630 is controlled to allow or limiting, or even preventing, the passage of the refrigerant through the thermal storage 610.
  • the thermal storage unit 610 is on a branch branch 620 between an inlet point 60 and a connection point 61 of the refrigerant circuit 1.
  • the valve bypass 630 is the entry point 60 of this derivation.
  • the above-mentioned point of entry 60 and connection point 61, at which the thermal storer 610 is connected in shunt, are placed between the second heat exchanger 14 and the convergence point 7 ⁇
  • the bypass valve 630 is controlled so that its inlet 630a communicates with its first outlet 630b, it prevents the passage of the cooling fluid through the thermal storage unit 610.
  • the bypass valve 630 is driven so that its input 630a communicates with its second output 630c, it allows the passage of the refrigerant through it, via the branch branch 620.
  • the refrigerant can meet on the branch of bypass 620 a check valve 640, allowing the passage of fluid to the connection point 61.
  • the refrigerant can be directed to an alternating shunt branch 650 on which a drive pump 660 is provided, as well as a non-return valve 670.
  • the alternative shunt branch 650 opens onto the second branch 5 upstream of the second heat exchanger 14, between the second expansion member 12 and the second heat exchanger 14.
  • FIG. 7 illustrates the cooling assembly according to the second variant of FIG. 6 as it is configured during the second step 220 of the invention, during which a maximum cooling capacity is delivered at the level of the heat exchanger associated with the cooling of the passenger compartment, and during which a charging phase of the thermal storage unit 610 is carried out.
  • the refrigerant passes through the main heat exchanger 3 and is directed through the second branch 5 towards the second heat exchanger 14, via appropriate control of the two expansion members 8 and 12, to achieve a heat exchange with a second flow F2 for cooling the passenger compartment. More particularly, the first expansion member is controlled to prevent the passage of fluid to the first branch 4 and the second expansion member 12 is controlled to allow the passage of refrigerant at a flow rate and pressure determined.
  • the refrigerant passes through the second heat exchanger at a determined low pressure so that the second heat exchanger operates optimally, that is to say here a second BP2 pressure equal to 3 bars.
  • the refrigerant fluid is directed towards the bypass branch 620, via an appropriate control of the bypass valve 630, to pass through the thermal storage unit 610.
  • the refrigerant is then circulated, if necessary via valves not shown here, towards the connection point 61 and then the point of convergence. to the compressor 20.
  • the passage of the refrigerant through the thermal storage 610 for a sufficiently long time allows its complete charging.
  • there may be provided sensors for measuring the charge rate of the thermal storage so that the duration of the second step 220 of the method is a function in particular of this charge rate.
  • FIG. 8 illustrates the cooling assembly according to the second variant of FIG. 6 as it is configured during the first step 210 of the invention, during which a maximum cooling capacity is delivered at the level of the heat exchanger associated with the cooling of the electrical storage device, and during which a discharge phase of the thermal storage unit 610 is carried out.
  • the refrigerant fluid passes through the main heat exchanger 3 to achieve heat exchange with a first air flow F1 and is directed through the first branch 4 towards the first heat exchanger 10, via a suitable control of the two expansion members 8 and 12, to achieve a heat exchange with a coolant circulating in the loop 50 for cooling the electric storage device 11.
  • the second expansion member 12 is controlled to prevent the passage of fluid to the second branch 5 and the first expansion member 8 is controlled to allow the passage of refrigerant at a flow rate and pressure determined.
  • the refrigerant passes through the first heat exchanger at a determined low pressure so that the first heat exchanger operates optimally, that is to say here a first BPl pressure equal to 5 bars.
  • the second expansion member 12 is controlled to prevent the passage of coolant from the main branch 2.
  • the components arranged on the second branch 5 are controlled so that the amount of refrigerant present in the second branch 5 at the time of the transition from the second step to the first step circulates in a closed loop between the thermal storage unit 610 and the second heat exchanger 14.
  • the drive pump 660 is driven to force the coolant to be circulated via the alternate branch branch 650, from the thermal storage unit 610, in which the coolant recovers frigories until the thermal storage unit is completely discharged, to the second heat exchanger 14 in which the fluid refrigerant yields frigories to the second flow of air F2 continuing to pass through the e second heat exchanger.
  • This phenomenon corresponds to a discharge of the thermal storage unit 610.
  • the third variant illustrated in Figures 9 to 11 differs from the above in particular in the arrangement of the second heat exchanger 14 and the first branch 4 of the refrigerant circuit. It should be noted that this third variant comprises a thermal storage that is not integrated in the second heat exchanger, but it would be possible without departing from the context of the invention to combine the variants.
  • the second heat exchanger 14 comprises a main heat exchanger, for example an evaporator, and a secondary heat exchanger 140, for example a pre-evaporator.
  • the main heat exchanger is disposed on the second branch 5 so that it interacts with the thermal storage unit 610, as described above, and the secondary heat exchanger 140 is disposed on a branch arranged in parallel with the first exchanger of heat 10 disposed on the first branch 4 of the refrigerant circuit.
  • the second stream air F2 shown in Figures 9 to 11 in a direction opposite to the direction shown in the previous figures only to facilitate the reading of the diagram, passes through the first secondary heat exchanger and the main heat exchanger.
  • the invention as just described and illustrated, in particular, through three variants of an exemplary embodiment of a refrigerant circuit 1 for its implementation, achieves the goals it s was fixed, allowing, during a rapid charging operation of the electrical storage device 11, the realization of the cooling of the electric storage device 11 without degradation of thermal comfort within the passenger compartment of the vehicle.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement thermique d'un habitacle et d'un dispositif (11) de stockage électrique d'un véhicule automobile tracté au moins en partie par un moteur électrique, le véhicule automobile mettant en œuvre au moins un circuit (1) de fluide réfrigérant qui comprend au moins un premier échangeur thermique (10) dédié au traitement thermique du dispositif de stockage électrique (11) et un deuxième échangeur thermique (14) dédié au traitement thermique de l'habitacle. Le procédé selon l'invention met en œuvre alternativement une première étape (210) d'alimentation en fluide réfrigérant du premier échangeur thermique (10) et une deuxième étape (220) d'alimentation en fluide réfrigérant du deuxième échangeur thermique (14).

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT THERMIQUE D'UN HABITACLE ET D'UN DISPOSITIF DE STOCKAGE ELECTRIQUE D'UN
VEHICULE AUTOMOBILE
Le domaine de la présente invention est celui du traitement thermique de différentes zones ou composants d'un véhicule automobile. La présente invention se rapporte plus précisément au traitement thermique de l'habitacle et au traitement thermique d'un dispositif de stockage électrique d'un tel véhicule. La présente invention trouve une application privilégiée, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules automobiles mus au moins en partie par un moteur électrique.
Les véhicules automobiles sont couramment équipés d’un circuit de fluide réfrigérant utilisé pour chauffer ou refroidir différentes zones ou différents composants du véhicule. Il est notamment connu d’utiliser ce circuit de fluide réfrigérant pour traiter thermiquement un flux d’air envoyé dans l’habitacle du véhicule équipé d’un tel circuit et, ainsi, établir et/ou maintenir un niveau de température prédéfini au sein de cet habitacle.
Dans une autre application, il est connu d’utiliser un tel circuit pour refroidir un dispositif de stockage électrique du véhicule, ce dispositif de stockage électrique étant utilisé notamment pour fournir une énergie à un moteur électrique capable de mettre en mouvement le véhicule. Le circuit de fluide réfrigérant fournit alors l’énergie capable de refroidir le dispositif de stockage électrique pendant son utilisation en phases de roulage. Le dimensionnement de ce circuit de fluide réfrigérant permet de refroidir ce dispositif de stockage électrique pour des températures qui restent modérées.
Lors des phases d’arrêt du véhicule, il convient de charger le dispositif de stockage électrique, et il est notamment connu de réaliser cette charge en raccordant le dispositif de stockage pendant plusieurs heures au réseau électrique domestique. Cette technique de charge ne génère pas de surchauffe particulière du dispositif de stockage électrique, de sorte qu’il est possible de maintenir la température du dispositif de stockage électrique en dessous d’un certain seuil, ce qui permet de se passer de tout système de refroidissement spécifique du dispositif de stockage électrique.
Une nouvelle technique de charge a fait son apparition récemment, visant à charger le dispositif de stockage électrique en un temps maximum de vingt à trente minutes. Elle consiste à charger le dispositif de stockage électrique sous une tension et un ampérage élevés. Cette charge, dite charge rapide, implique un échauffement du dispositif de stockage électrique qu’il convient de traiter. Par ailleurs, il faut considérer la possibilité que les occupants du véhicule restent à l’intérieur de ce dernier pendant tout ou partie du temps de charge mentionné ci-dessus. Il faut alors également traiter thermiquement l’habitacle pendant cette charge rapide, afin de maintenir des conditions de confort acceptables par les occupants, notamment quand la température extérieure au véhicule dépasse 35°C. Ces deux demandes en refroidissement impliquent un dimensionnement du système qui le rend peu compatible avec les contraintes des véhicules automobiles actuels.
Le problème technique réside donc dans la capacité simultanée à dissiper les calories générées par le dispositif de stockage électrique pendant la charge rapide et à maintenir un niveau de refroidissement sensiblement constant dans l’habitacle, tout en limitant la consommation et/ou l’encombrement d’un système capable de remplir simultanément ces deux fonctions.
L’invention s’inscrit dans ce contexte et propose une solution technique qui concourt à l’atteinte de ces objectifs, c’est-à-dire maintenir le dispositif de stockage électrique en-dessous d’une température seuil pendant une pb ase de charge rapide tout en maintenant les performances de traitement thermique et, notamment, de refroidissement, de l'habitacle, attendues par l'occupant du véhicule.
Dans ce but, l'invention a pour objet un procédé de traitement thermique d'un habitacle et d'un dispositif de stockage électrique d'un véhicule tracté au moins en partie par un moteur électrique, le véhicule automobile mettant en œuvre au moins un circuit de fluide réfrigérant qui comprend au moins un premier échangeur thermique dédié au traitement thermique du dispositif de stockage électrique et un deuxième échangeur thermique dédié au traitement thermique de l'habitacle du véhicule, le procédé mettant en œuvre alternativement une première étape d'alimentation en fluide réfrigérant du premier échangeur thermique et une deuxième étape d'alimentation en fluide réfrigérant du deuxième échangeur thermique.
Selon différents types de véhicules auxquels l'invention s'applique, le dispositif de stockage électrique peut être constitué d'une batterie ou d'un ensemble de batteries.
Dans ce qui suit, on entend par traitement thermique de l'habitacle du véhicule l'ensemble des opérations ayant pour résultat d'établir et/ou de maintenir, par exemple, un niveau de température et/ou un niveau de ventilation prédéfinis au sein de cet habitacle, et on entend par traitement thermique du dispositif de stockage électrique l'ensemble des opérations visant à refroidir celui-ci, par exemple lors d'opérations de charge de celui-ci.
Dans le cadre de la présente invention, on entend plus particulièrement par phase de charge rapide du dispositif de stockage électrique une opération d'apport extérieur d'énergie à ce dernier, réalisée par une station de charge statique délivrant, par exemple, un courant d'une intensité supérieure à environ 400 Ampères sous une tension supérieure à environ 800 Volts pendant toute la durée de la charge. Il s'agit donc d'une station de charge configurée pour réaliser une charge dite rapide, c'est-à-dire en une durée maximale de l'ordre de vingt à trente minutes environ. Avantageusement, l'invention prévoit que la première étape et la deuxième étape précitées s'alternent pendant une durée prédéfinie, par exemple durant une opération de charge rapide du dispositif de stockage électrique, soit quelques dizaines de minutes. En d'autres termes, si l'on désigne sous la dénomination de "cycle" une alternance d'une première étape d'alimentation en fluide réfrigérant du premier échangeur thermique et d'une deuxième étape d'alimentation en fluide réfrigérant du deuxième échangeur thermique, l'invention prévoit une succession de tels cycles pendant une durée prédéfinie, par exemple celle d'une opération de charge rapide du dispositif de stockage électrique.
Le fait d'alimenter alternativement en fluide réfrigérant le premier échangeur thermique ou le deuxième échangeur thermique a pour résultat, pendant l'étape concernée, de consacrer la totalité de la puissance frigorifique du circuit de fluide réfrigérant à l'un ou l'autre des éléments du véhicule refroidis par l'échangeur thermique concerné, à savoir le dispositif de stockage électrique pour le premier échangeur thermique et l’habitacle du véhicule pour le deuxième échangeur thermique.
Autrement dit, la puissance frigorifique disponible, pendant la première étape du procédé selon l'invention, pour le refroidissement du dispositif de stockage électrique, est supérieure à la puissance frigorifique disponible pour cette même opération lorsque le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique sont simultanément alimentés en fluide réfrigérant. De même, la puissance frigorifique disponible, pendant la deuxième étape du procédé selon l'invention, pour le traitement thermique de l'habitacle du véhicule, est supérieure à la puissance frigorifique disponible pour cette même opération lorsque le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique sont simultanément alimentés en fluide réfrigérant. En d'autres termes, l'alternance de la première étape et de la deuxième étape du procédé selon l'invention conduit à des augmentations temporaires successives de la puissance frigorifique dédiée, respectivement, au refroidissement du dispositif de stockage électrique et au traitement thermique de l'habitacle du véhicule.
Par ailleurs, le premier échangeur thermique est avantageusement configuré pour réaliser le refroidissement du dispositif de stockage électrique à une première température supérieure à une deuxième température à laquelle le deuxième échangeur thermique est soumis pour réaliser l'échange thermique requis pour réaliser le traitement thermique ou, plus précisément, le refroidissement, de l'habitacle du véhicule. A titre d'exemples non limitatifs, le premier échangeur thermique est avantageusement configuré pour réaliser un échange thermique à une première température comprise entre environ 10 et 20 degrés Celsius, et le deuxième échangeur thermique est avantageusement configuré pour réaliser un échange thermique à une deuxième température de l'ordre de quelques degrés Celsius, par exemple inférieure à 5°C. De plus, en raison, notamment, de son inertie thermique, le refroidissement comme l'échauffement du dispositif de stockage électrique requièrent une durée plus importante que l'échauffement et/ou le refroidissement réalisés au moyen du deuxième échangeur thermique dédié au traitement thermique de l'habitacle du véhicule.
Il s'ensuit que, lorsque le premier et le deuxième échangeurs thermiques sont simultanément alimentés en fluide réfrigérant, c'est l'opération d'échange thermique réalisée au sein du deuxième échangeur thermique, c'est-à-dire l'opération d'échange thermique plus spécifiquement dédiée au traitement thermique de l'habitacle du véhicule, qui limite, thermodynamiquement, la puissance totale du circuit de fluide réfrigérant.
Il résulte de ce qui précède que, durant la première étape du procédé selon l'invention, le deuxième échangeur thermique n'étant pas alimenté en fluide réfrigérant, la puissance frigorifique totale développée par le circuit de fluide réfrigérant n'est plus limitée par le cycle thermodynamique qui se déroule dans ce deuxième échangeur thermique. Ceci a pour conséquence que la puissance frigorifique totale développée par le circuit de fluide réfrigérant sera supérieure, durant la première étape du procédé selon l'invention, à la puissance frigorifique totale développée par ce même circuit de fluide réfrigérant lorsque le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique sont simultanément alimentés en fluide réfrigérant.
Selon l’invention, des composants du circuit de fluide réfrigérant sont pilotés pour porter le fluide réfrigérant à une première pression lors de la première étape et pour porter le fluide réfrigérant à une deuxième pression lors de la deuxième étape. De la sorte, on vise à faire passer dans chaque échangeur thermique, alternativement alimentés, le fluide réfrigérant à une pression optimale pour le fonctionnement thermique de cet échangeur.
Notamment, le fluide réfrigérant est porté à une première pression de valeur sensiblement égale à 5 bars lors de la première étape et l’alimentation en fluide réfrigérant uniquement de l’échangeur thermique associé au traitement thermique du dispositif de stockage électrique, et le fluide réfrigérant est porté à une deuxième pression de valeur sensiblement égale à 3 bars lors de la deuxième étape et l’alimentation en fluide réfrigérant uniquement de l’échangeur thermique associé au traitement thermique de l’habitacle.
Avantageusement, l'invention présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- la durée totale d'un cycle du procédé selon l'invention, c'est-à-dire, comme défini précédemment, d'une alternance d'une première étape et d'une deuxième étape du procédé selon l'invention, est de l'ordre de quelques minutes, par exemple environ 2 à 5 minutes. Lors d’une opération de charge rapide destinée à durer entre environ 20 et 30 minutes, il sera donc possible de réaliser successivement plusieurs cycles, c’est-à-dire plusieurs alternances de la première étape et de la deuxième étape du procédé selon l’invention, par exemple environ 6 à 10 cycles.
- la première durée de la première étape du procédé selon l’invention représente entre 20 et 80% d’une durée correspondant à la somme de la durée de mise en œuvre de la première étape et de la deuxième étape du procédé selon l’invention. En d’autres termes, la durée de la première étape du procédé selon l’invention représente entre 20 et 80% de la durée d’un cycle tel que précédemment défini.
- une première durée de la première étape est supérieure à une deuxième durée de la deuxième étape. Comme il a été indiqué précédemment, lors de la première étape du procédé selon l’invention, la puissance frigorifique totale développée par le circuit de fluide réfrigérant est supérieure à la puissance frigorifique totale développée par ce même circuit de fluide réfrigérant lorsque le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique sont simultanément alimentés en fluide réfrigérant. Il résulte de ce qui précède que, la durée de la première étape étant supérieure ou égale à la durée de la deuxième étape du procédé selon l’invention, la puissance frigorifique totale moyenne développée par le circuit de fluide réfrigérant au cours d’un cycle tel que précédemment défini sera strictement supérieure à la puissance totale développée par ce circuit de fluide réfrigérant lorsque le premier échangeur thermique et le deuxième échangeur thermique sont simultanément alimentés en fluide réfrigérant. En d’autres termes, le procédé selon l’invention, mis en œuvre pendant une opération de charge rapide du dispositif de stockage électrique, permet de réaliser une augmentation de la puissance frigorifique totale moyenne développée par le circuit de fluide réfrigérant pendant la durée de cette opération de charge rapide.
- le procédé selon l’invention comprend une étape de stockage thermique de frigories qui est générée lors de la deuxième étape au passage du fluide réfrigérant. En effet, comme il a été indiqué précédemment, lors de la deuxième étape du procédé selon l’invention, la totalité de la puissance frigorifique développée par le circuit de fluide réfrigérant est consacrée au traitement thermique réalisé par le deuxième échangeur thermique, et cette puissance frigorifique est supérieure à la puissance frigorifique consacrée à ce deuxième échangeur thermique lorsque ce dernier est simultanément alimenté en fluide réfrigérant avec le premier échangeur thermique. Autrement dit, lors de la deuxième étape du procédé selon l’invention, le deuxième échangeur thermique reçoit, de la part du circuit de fluide réfrigérant, un supplément de frigories par rapport aux frigories que ce deuxième échangeur thermique reçoit lorsqu’il est simultanément alimenté en fluide réfrigérant avec le premier échangeur thermique, c’est-à-dire par rapport au strict besoin en frigories nécessaire pour assurer le traitement thermique de l’habitacle du véhicule en dehors de toute opération de charge rapide du dispositif de stockage électrique. Pour mémoire, on désigne sous le terme de frigorie toute quantité d’énergie fournie ou utilisée pour abaisser la température, par exemple, du dispositif de stockage électrique ou de l’habitacle du véhicule. Il est dès lors avantageux de réaliser une opération de stockage de frigories, notamment dans le but d’utiliser par la suite cette énergie lors d’une nouvelle première phase d’alimentation dans laquelle le fluide réfrigérant n’alimente plus le deuxième échangeur thermique.
- l’étape de stockage thermique de frigories générée lors de la deuxième étape au passage du fluide réfrigérant peut être suivie par une étape de déstockage, ou de décharge, de ces frigories dans un flux d’air lors de la première étape succédant à ladite deuxième étape. Notamment, il est dès lors possible de refroidir un flux d’air passant dans le deuxième échangeur thermique en vue du traitement thermique de l’habitacle alors que le fluide réfrigérant est consacré au traitement thermique du dispositif de stockage électrique.
- le stockage de frigories créées lors de la deuxième étape du procédé selon l’invention et la décharge de ces frigories lors de la première étape sont réalisés au moyen d’un stockeur thermique. Ce stockeur thermique est configuré pour stocker les frigories précitées afin de les restituer ultérieurement. Avantageusement, le stockeur thermique se présente sous la forme d’un échangeur de chaleur mettant en œuvre au moins un matériau à changement de phase. Selon un exemple avantageux de réalisation, le matériau à changement de phase mis en œuvre dans le stockeur thermique présente un point de fusion compris entre 20 et 40 degrés Celsius. Selon une première variante de réalisation, un tel stockeur thermique est agencé, au sein du circuit de fluide réfrigérant, au voisinage immédiat du deuxième échangeur thermique, c’est-à-dire que, par exemple, une sortie du deuxième échangeur thermique est directement reliée à une entrée du stockeur thermique. Selon une deuxième variante de réalisation, un tel stockeur thermique se présente sous la forme d’un module spécifique intégré au deuxième échangeur thermique.
- le procédé selon l’invention comprend une étape de détermination d’un besoin en charge du dispositif de stockage électrique. Par exemple, cette étape de détermination d’un besoin en charge du dispositif de stockage électrique comprend une première sous-étape de mesure de l’énergie stockée au sein de dispositif de stockage électrique. A titre d’exemple non exclusif, cette mesure peut être réalisée par un module de contrôle et de mesure du dispositif de stockage électrique, à des intervalles de temps, réguliers ou non, préalablement définis. L’étape de détermination d’un besoin en charge du dispositif de stockage électrique comprend avantageusement également une deuxième sous-étape de comparaison de l’énergie stockée dans le dispositif de stockage électrique avec une valeur seuil d’énergie préalablement définie. Le besoin en charge est défini lorsque l’énergie stockée au sein du dispositif de stockage électrique est inférieure à la valeur seuil précitée. A titre d’exemple non limitatif, la valeur seuil pourra être fixée à quelques pourcents ou quelques dizaines de pourcents de l’énergie totale que le dispositif de stockage électrique peut stocker, par exemple 30% : le besoin en charge sera alors défini lorsque l’énergie stockée dans le dispositif de stockage électrique est inférieure à 30% de l’énergie totale que ce dispositif de stockage électrique peut accumuler.
- la mise en œuvre du premier échangeur thermique ou du deuxième échangeur thermique, c’est-à-dire l’alimentation en fluide réfrigérant du premier ou du deuxième échangeur thermique, est réalisée par le pilotage d'un premier organe de détente dont une sortie est raccordée à une entrée du premier échangeur thermique, et d'un deuxième organe de détente dont une sortie est raccordée à une entrée du deuxième échangeur thermique.
- la succession d'alternances de la première et de la deuxième étape du procédé selon l'invention est gouvernée par un calculateur qui contrôle le circuit de fluide réfrigérant. Plus précisément, ce calculateur est configuré pour piloter l’état du premier organe de détente et du deuxième organe de détente précités.
Par l'augmentation de la puissance frigorifique totale moyenne développée par le circuit de fluide réfrigérant pendant la mise en œuvre du procédé tel qu'il vient d'être décrit, d'une part, ainsi que, d'autre part, par l'augmentation temporaire, alternativement, de la puissance frigorifique plus spécifiquement dédiée au refroidissement du dispositif de stockage électrique ou au traitement thermique de l'habitacle du véhicule, l'invention atteint bien le but qu'elle s'était fixé, à savoir, pendant une opération de charge rapide du dispositif de stockage électrique, réaliser efficacement le refroidissement de ce dernier tout en maintenant les performances de traitement thermique de l'habitacle du véhicule attendues par les occupants de ce dernier.
- le circuit de fluide réfrigérant mis en œuvre dans le cadre du procédé selon l’invention comprend avantageusement au moins une branche principale comprenant au moins un dispositif de compression et un échangeur de chaleur principal, ainsi qu’une première branche et une deuxième branche qui s’étendent entre un point de divergence et un point de convergence et qui sont disposées en parallèle l’une de l’autre. Avantageusement, la première branche d’un tel circuit de fluide réfrigérant comprend au moins un premier organe de détente et le premier échangeur thermique précité, configuré pour refroidir le dispositif de stockage électrique du véhicule, et la deuxième branche comprend au moins un deuxième organe de détente et le deuxième échangeur thermique précité, configuré pour réaliser le traitement thermique de l’habitacle du véhicule. Afin de permettre le stockage et le déstockage de frigories, et permettre ainsi le refroidissement de l’air amené à pénétrer dans l’habitacle alors que le fluide réfrigérant est consacré au fonctionnement de l’échangeur thermique associé au refroidissement du dispositif de stockage électrique, un stockeur thermique peut être prévu. Notamment, ce stockeur thermique peut être intégré dans le deuxième échangeur thermique agencé dans la deuxième branche du circuit de fluide réfrigérant. Ou bien le stockeur thermique peut être agencé dans la deuxième branche du circuit de fluide réfrigérant, sur une branche de dérivation.
Le deuxième échangeur thermique peut comporter un échangeur thermique principal et un échangeur thermique secondaire, qui peut notamment consister en un pré-évaporateur. L’échangeur thermique principal peut être disposé sur la deuxième branche de sorte qu’il est traversé par le fluide à une deuxième pression et l’échangeur thermique secondaire peut être disposé sur une dérivation agencée en parallèle du premier échangeur de chaleur disposé sur la première branche du circuit de fluide réfrigérant de sorte qu’il est traversé par le fluide à une première pression.
L’invention concerne également un ensemble de refroidissement comportant un circuit de fluide réfrigérant tel que décrit précédemment, dans lequel le premier échangeur de chaleur est commun au circuit de fluide réfrigérant et à une boucle de fluide caloporteur sur laquelle est ménagé le dispositif de stockage électrique.
Un stockeur thermique peut être ménagé sur la boucle de fluide caloporteur ou au contact du dispositif de stockage électrique.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif, en relation avec des dessins dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique d'un logigramme présentant différentes étapes du procédé selon l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique de l'évolution de la puissance frigorifique d'un circuit de fluide réfrigérant dans lequel le procédé selon l'invention est mis en œuvre,
- la figure 3 est une représentation schématique d'une première variante d'un exemple de réalisation d'un circuit de fluide réfrigérant dans lequel le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre, - les figures 4 et 5 sont des représentations schématiques du circuit de la figure 3 illustrant la circulation du fluide réfrigérant dans le circuit lors d’une première (fig.5) et d’une deuxième (fig.4) étape du procédé,
- la figure 6 est une représentation schématique d'une deuxième variante d'un exemple de réalisation d'un circuit de fluide réfrigérant dans lequel le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre,
- les figures 7 et 8 sont des représentations schématiques du circuit de la figure 6 illustrant la circulation du fluide réfrigérant dans le circuit lors d’une première (fig.8) et d’une deuxième (fig.7) étape du procédé,
- la figure 9 est une représentation schématique d'une troisième variante d'un exemple de réalisation d'un circuit de fluide réfrigérant dans lequel le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre,
- les figures 10 et 11 sont des représentations schématiques du circuit de la figure 9 illustrant la circulation du fluide réfrigérant dans le circuit lors d’une première (fig.ll) et d’une deuxième (fig.10) étape du procédé, et
- la figure 12 est une représentation schématique d’un exemple de réalisation alternative d’un circuit de fluide réfrigérant dans lequel le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre.
Il faut tout d’abord noter que si les figures exposent l’invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, lesdites figures peuvent bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. Il est également à noter que les mêmes éléments sont désignés par les mêmes repères sur l'ensemble des figures.
La figure 1 présente schématiquement les différentes étapes du procédé selon l'invention. Comme indiqué précédemment, le procédé selon l'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, aux véhicules automobiles mûs au moins en partie par un moteur électrique non représenté sur les figures.
Dans une première étape 100 du procédé selon l'invention, un besoin en charge d'un dispositif de stockage électrique 11 est défini. Le dispositif de stockage électrique 11 est schématiquement représenté sur les figures 3 à 11 qui illustrent successivement trois exemples de réalisation d'un circuit de fluide réfrigérant 1 agencé dans un véhicule automobile dans lequel le procédé selon l'invention est mis en œuvre. La fonction principale du dispositif de stockage électrique 11 est d'accumuler une énergie électrique puis de restituer cette énergie à un ou plusieurs moteurs qui mettent le véhicule en mouvement. Le dispositif de stockage électrique 11 consiste, par exemple, en un pack de batteries regroupant plusieurs cellules électriques configurées pour stocker un courant électrique.
Comme le montre la figure 1, l'étape 100 de détermination d'un besoin en charge du dispositif de stockage électrique 11 comprend avantageusement une première sous-étape 110 de mesure de l'énergie électrique stockée au sein de dispositif de stockage électrique 11. Avantageusement, cette mesure est réalisée par un module de contrôle dédié, non représenté sur les figures, et elle est réalisée à des intervalles de temps, réguliers ou non, préalablement définis.
En référence à la figure 1, l'étape 100 de détermination d'un besoin en charge du dispositif de stockage électrique 11 comprend également une deuxième sous-étape 120 de comparaison de la valeur mesurée d'énergie électrique stockée dans le dispositif de stockage électrique 11 avec une valeur seuil, 130, d'énergie électrique, préalablement définie. Le besoin en charge est requis lorsque l'énergie électrique stockée au sein du dispositif de stockage électrique 11, mesurée lors de la première sous- étape 110, est inférieure à la valeur seuil 130 précitée. A titre d'exemple non limitatif, la valeur seuil 130 pourra être fixée à quelques pourcents ou quelques dizaines de pourcents de l'énergie électrique maximale ou totale que le dispositif de stockage électrique 11 peut stocker, par exemple 30%. Lorsque le besoin d'une charge du dispositif de stockage électrique 11 est confirmé à l'issue de l'étape 100 précitée, le procédé selon l'invention prévoit le démarrage d'une opération de charge rapide 200.
Il convient de rappeler ici que l'opération de charge dans le cadre de laquelle le procédé selon l'invention est plus précisément mis en œuvre est une opération de charge dite "rapide", c'est-à-dire que sa durée maximale est de l'ordre de vingt à trente minutes et qu'elle consiste à alimenter, pendant cette période, le dispositif de stockage électrique 11 avec un courant dont l'intensité est supérieure à environ 400 Ampères sous une tension supérieure à environ 800 Volts. On comprend aisément que l'apport d'énergie réalisé lors d'une telle opération de charge conduit à un échauffement important du dispositif de stockage électrique 11, échauffement qu'il est nécessaire de limiter afin d'éviter tout endommagement du dispositif de stockage électrique 11 et/ou toute dégradation de ses performances.
Les utilisateurs du véhicule peuvent être amenés à rester dans le véhicule lors de l’opération de charge dite « rapide », du fait de la durée réduite de cette opération de charge. Ces utilisateurs peuvent être amenés à faire fonctionner la climatisation du véhicule automobile pendant l’opération de charge dite « rapide », et il convient dès lors de réaliser simultanément un refroidissement du dispositif de stockage électrique et un refroidissement de l’habitacle.
Selon l'invention, l'opération de charge 200 s'accompagne de la réalisation alternée d'une première étape 210 durant laquelle un premier échangeur thermique 10, visible sur les figures 3 à 11, est alimenté par du fluide réfrigérant circulant dans circuit de fluide réfrigérant 1, et d'une deuxième étape 220 durant laquelle un deuxième échangeur thermique 14, visible sur les figures 3 à 11, est alimenté par le fluide réfrigérant précité. Il faut comprendre ici que durant la première étape 210 du procédé selon l'invention, c'est-à-dire lorsque le premier échangeur thermique 10 est alimenté par du fluide réfrigérant, le deuxième échangeur thermique 14 n'est pas alimenté en fluide réfrigérant, et, inversement, lors de la deuxième étape 220 du procédé selon l'invention, c'est-à-dire lorsque le deuxième échangeur thermique 14 est alimenté en fluide réfrigérant, le premier échangeur thermique 10 n'est pas alimenté en fluide réfrigérant. Avantageusement, le premier échangeur thermique 10 est plus spécifiquement dédié au traitement thermique, c'est-à-dire au refroidissement, du dispositif de stockage électrique 11 précédemment cité, et le deuxième échangeur thermique 14 est plus spécifiquement dédié au traitement thermique de l'habitacle du véhicule. Pour rappel, on entend ici par traitement thermique de l'habitacle l'ensemble des opérations visant à établir et/ou à maintenir, au sein de cet habitacle, un niveau prédéfini de température et/ou de ventilation.
Plus précisément, l'invention prévoit que le premier échangeur thermique 10 est alimenté en fluide réfrigérant pendant une première durée, 215, de la première étape 210 précitée, suite à quoi le deuxième échangeur thermique 14 est alimenté en fluide réfrigérant pendant une deuxième durée, 225, de la deuxième étape 220 précitée. On désignera dans ce qui suit sous la dénomination de cycle 230 une alternance d'une première étape 210 et d'une deuxième étape 220 précédemment définies. Un cycle 230 a donc une durée 235 sensiblement égale à la somme de la première durée 215 de la première étape 210 et de la deuxième durée 225 de la deuxième étape 220 précédemment définies. Dans cet exemple, il est décrit que la première étape 210 précède le déclenchement de la deuxième étape 220 après la première durée 215 déterminée, sans que cela soit toutefois limitatif. Le cycle 230 pourrait commencer, sans sortir du contexte de l’invention, par la réalisation de la deuxième étape 220 du procédé selon l'invention associée au refroidissement de l’habitacle via le deuxième échangeur thermique 14 et être suivi par la réalisation de la première étape 210 du procédé selon l'invention associée au refroidissement du dispositif de stockage électrique via le premier échangeur thermique 10.
Selon l'invention, l'alternance des cycles 230 se poursuit tout au long de la durée 250 de l'opération de charge 200. Plus précisément, le procédé selon l'invention comprend, à l'issue de chaque deuxième étape 220 d'un cycle 230 tel que précédemment défini, une étape 240 de comparaison de la durée 250 de l'opération de charge, précédemment définie, et de la durée cumulée des différents cycles 230 effectués depuis le démarrage du procédé selon l'invention, la durée cumulée étant égale à la somme des durées des cycles 230 déjà effectués. L'invention prévoit que la succession des cycles 230 précédemment définis se poursuive tant que la durée cumulée précitée est inférieure à la durée 250 de l'opération de charge 200. Avantageusement, une marge de sécurité, non représentée sur la figure 1, peut être appliquée à la durée 250 de l'opération de charge, afin d'assurer que le procédé selon l'invention a cessé lorsque l'opération de charge 200 est terminée. A titre d'exemple non limitatif, la durée 235 d'un cycle 230 tel que précédemment défini peut être de l'ordre d'environ 2 à 5 minutes : il sera donc possible de réaliser plusieurs cycles 230, par exemple six à dix cycles 230, pendant la durée totale 250, d'environ 20 à 30 minutes, d'une opération de charge du dispositif de stockage électrique 11 telle que définie précédemment.
Par ailleurs, l’ensemble de refroidissement est configuré et piloté de manière à ce que l’alternance d’alimentation en fluide réfrigérant de l’un et l’autre des échangeurs thermiques s’accompagne d’une modification alternée correspondante de la pression du fluide réfrigérant amené à circuler dans l’une et l’autre des branches sur lesquelles sont disposées ces échangeurs thermiques. Plus particulièrement, des composants équipant le circuit de fluide réfrigérant, et notamment un compresseur et/ou des organes de détente, sont pilotés pour que le fluide réfrigérant soit amené à une pression permettant des performances thermiques optimales du premier échangeur thermique lorsque le fluide réfrigérant est orienté vers ce premier échangeur thermique, et pour que de façon correspondante, le fluide réfrigérant soit amené à une pression permettant des performances thermiques optimales du deuxième échangeur thermique lorsque le fluide réfrigérant est orienté vers ce deuxième échangeur thermique.
L'alimentation alternée du premier échangeur thermique 10 ou du deuxième échangeur thermique 14 permet, pendant la durée 215, 225, de chacune des étapes, de disposer, pour l'opération d'échange thermique considérée, d'une puissance frigorifique plus importante que celle qui est disponible, pour chacune de ces opérations, lorsque le premier échangeur thermique 10 et le deuxième échangeur thermique 14 sont simultanément alimentés en fluide réfrigérant. Cette alternance accompagnée d’une modification de la pression du fluide réfrigérant amené à circuler dans l’un ou l’autre des échangeurs thermiques permet que l'efficacité du refroidissement du dispositif de stockage électrique 11 s'en trouve augmentée pendant la première étape 210 précédemment définie, de même que l'efficacité du traitement thermique de l'habitacle du véhicule pendant la deuxième étape 220.
La figure 2 illustre schématiquement l'évolution, au cours du temps, de la puissance frigorifique développée par un circuit de fluide réfrigérant 1 mettant en œuvre le procédé selon l'invention. Sur cette courbe figurent, en abscisse, le temps, et, en ordonnée, la puissance frigorifique (en kW) totale développée par un tel circuit de fluide réfrigérant 1 lors de la mise en œuvre du procédé selon l'invention. La figure 2 montre plus particulièrement la succession de trois cycles 230 chacun composé d'une première étape 210 d'une première durée 215 et d'une deuxième étape 220 d'une deuxième durée 225, comme défini précédemment. Chaque cycle 230 présente ainsi une durée totale 235 égale à la somme de la première durée 215 et de la deuxième durée 225, et les trois cycles 230 représentés sur la figure 2 présentent une durée cumulée égale à la somme des durées 235 de chacun des trois cycles 230 représentés, ici égale à la durée totale 250 de l’opération de charge dite « rapide ».
Il est à rappeler ici que le premier échangeur thermique 10, plus spécifiquement dédié au refroidissement du dispositif de stockage 11, est avantageusement configuré pour réaliser ce refroidissement à une première température supérieure à une deuxième température à laquelle le deuxième échangeur thermique 14, plus spécifiquement dédié au traitement thermique de l'habitacle du véhicule, est soumis pour réaliser cette dernière opération.
Comme il a été exposé précédemment, le premier échangeur thermique 10 est, par exemple, avantageusement configuré pour réaliser un échange thermique à une première température 310 comprise entre environ 10 et 20 degrés Celsius, et le deuxième échangeur thermique 14 est, par exemple, avantageusement configuré pour réaliser un échange thermique à une deuxième température 320 de l'ordre de quelques degrés Celsius, par exemple inférieure à 5°C.
En d’autres termes, le premier échangeur thermique 10 est configuré de telle sorte que les performances thermiques correspondantes aux échanges de chaleur réalisés au niveau de cet échangeur sont optimales si le fluide réfrigérant circule à une première basse pression de valeur supérieure à celle de la deuxième basse pression à laquelle doit circuler le fluide réfrigérant pour que les performances thermiques correspondantes aux échanges de chaleur réalisés au niveau du deuxième échangeur thermique soient optimales.
A titre d’exemple non limitatif, afin d’obtenir ces performances thermiques optimales, qui permettent d’obtenir sur la durée de l’opération de charge rapide du dispositif de stockage électrique une puissance frigorifique totale meilleure que celle qui serait développé si les deux échangeurs thermiques étaient alimentés simultanément, le fluide réfrigérant peut être porté à une première basse pression de valeur équivalente à 5 bars lorsqu’il circule pour alimenter le premier échangeur thermique et à une deuxième basse pression de valeur équivalente à 3 bars lorsqu’il circule pour alimenter le deuxième échangeur thermique.
Afin de mettre en avant les avantages de l’invention, il convient de noter que si le premier échangeur thermique 10 et le deuxième échangeur thermique 14 sont simultanément alimentés en fluide réfrigérant à une pression déterminée, une des opérations d'échange thermique réalisée dans l’un des échangeurs thermiques peut limiter thermodynamiquement la puissance frigorifique totale du circuit de fluide réfrigérant 1. A titre d'exemple non limitatif, lorsque le premier échangeur thermique 10 et le deuxième échangeur thermique 14 sont simultanément alimentés en fluide réfrigérant à une pression de 3 bars, la puissance frigorifique totale pourra être de l'ordre d'environ 6 kW, dont, par exemple, environ 3 kW seront plus spécifiquement dissipés par l'opération d'écfiange thermique réalisée au sein du premier échangeur thermique 10, c'est-à-dire plus spécifiquement dédiés au refroidissement du dispositif de stockage électrique 11, et dont environ 3 kW seront plus spécifiquement dissipés par l'opération d'échange thermique réalisée au sein du deuxième échangeur thermique 14, c'est-à-dire plus spécifiquement dédiés au traitement thermique de l'habitacle du véhicule.
Sur la figure 2, on a rendu visible que la puissance frigorifique totale développée par le circuit de fluide réfrigérant 1 lors de la première étape 210 du procédé selon l'invention, c'est-à-dire lorsque le premier échangeur thermique 10 est alimenté en fluide réfrigérant alors que le deuxième échangeur thermique 10 ne l'est pas, correspond à une première puissance frigorifique 410, et que la puissance frigorifique totale développée par le circuit de fluide réfrigérant 1 lors de la deuxième étape 220 du procédé selon l'invention, c'est-à-dire lorsque le deuxième échangeur thermique 14 est alimenté en fluide réfrigérant alors que le premier échangeur thermique 10 ne l'est pas, correspond à une deuxième puissance frigorifique 420.
La première puissance frigorifique 410, développée par le circuit de fluide réfrigérant 1 lors de la première étape 210 du procédé selon l'invention, est supérieure à la deuxième puissance frigorifique totale 420 précédemment définie. A titre d'exemple non exclusif, la première puissance frigorifique totale 410 pourra être de l'ordre de 12 1<W.
Le circuit de fluide réfrigérant 1 développe donc alternativement, lors d'un cycle 230 tel que précédemment défini, la deuxième puissance frigorifique totale 420 pendant la durée 225 de la deuxième étape 220, et la première puissance frigorifique totale 410 pendant la durée 215 de la première étape 210.
A titre d'exemple non limitatif, la première durée 215 de la première étape 210 du procédé selon l'invention peut représenter 20 à 80% de la durée totale 235 d'un cycle 230 tel que précédemment défini. La première durée 215 de la première étape 210 peut avantageusement être supérieure à la deuxième durée 225 de la deuxième étape 220 du procédé selon l'invention.
Il résulte alors de ce qui précède que la puissance frigorifique totale moyenne 430 développée par le circuit de fluide réfrigérant 1 lors d'un cycle 230, c'est-à-dire lors d'une alternance de la première étape 210 et de la deuxième étape 220 du procédé selon l'invention, est comprise entre la deuxième puissance frigorifique totale 420 et la première puissance frigorifique totale 410 précédemment définies, et que, notamment, cette puissance frigorifique totale moyenne 430 est supérieure à la deuxième puissance frigorifique 420 précédemment définie. Le procédé selon l'invention permet donc d'augmenter la puissance frigorifique totale moyenne 430 développée par le circuit de fluide réfrigérant 1 lors d'un cycle 230 tel que précédemment défini.
A titre d'exemple non limitatif, pour un circuit de fluide réfrigérant développant, lorsque le premier échangeur thermique 10 et le deuxième échangeur thermique 14 sont simultanément alimentés en fluide réfrigérant, une puissance frigorifique totale, sensiblement égale à la deuxième puissance frigorifique 420 précédemment définie, de l'ordre de 6.5 kW dont 2.5 kW environ dédiés à l'échange thermique réalisé au sein du deuxième échangeur thermique 14, et développant, lors de la première étape 210 du procédé selon l'invention, une deuxième puissance frigorifique 420 de l'ordre d'environ 12 kW, le gain de puissance frigorifique totale moyenne réalisé grâce au procédé selon l'invention, dans le cas où la première durée 215 de la première étape 210 de ce procédé est de l'ordre de 60 à 65% de la durée totale 235 d'un cycle 230 tel que précédemment défini, pourra atteindre près de 50% par rapport à la puissance frigorifique totale développée par le circuit de fluide réfrigérant 1 lorsque le premier échangeur thermique 10 et le deuxième échangeur thermique 14 sont simultanément alimentés en fluide réfrigérant.
La combinaison de cette augmentation de la puissance frigorifique totale moyenne développée par le circuit de fluide réfrigérant 1 du fait de l'augmentation temporaire, alternativement, de la puissance frigorifique dédiée au refroidissement du dispositif de stockage électrique 11 et au traitement thermique de l'habitacle du véhicule, respectivement lors de la première étape 210 et de la deuxième étape 220 du procédé selon l'invention, permet de garantir, pendant une opération de charge rapide du dispositif de stockage électrique 11, tout à la fois un refroidissement efficace de ce dernier et le maintien des performances de traitement thermique de l'habitacle du véhicule, remplissant ainsi l'objectif que l'invention s'était fixé.
Les figures 3 à 12 illustrent schématiquement un ensemble de refroidissement d’un véhicule automobile comportant un circuit en boucle fermée configurée pour faire circuler en son sein un fluide réfrigérant, ce dernier pouvant être de nature sous-critique ou super-critique.
L’ensemble de refroidissement comporte ici le circuit de fluide réfrigérant 1 et une boucle de fluide caloporteur 50 sur laquelle est ménagé le dispositif de stockage électrique 11.
Le circuit de fluide réfrigérant 1 comprend une branche principale 2, une première branche 4 et une deuxième branche 5 qui sont respectivement en série de la branche principale 2, de sorte à former un circuit fermé où un cycle thermodynamique prend place.
La première branche 4 et la deuxième branche 5 se séparent à un point de divergence 6 et se rejoignent à un point de convergence 7· Entre ces deux points, première branche 4 et deuxième branche 5 forment deux voies de circulation en parallèle du fluide réfrigérant. La branche principale 2 s’étend du point de convergence 7 jusqu’au point de divergence 6 et comprend un échangeur de chaleur principal 3 ainsi qu'un dispositif de compression 20. Sur cette branche principale 2, le dispositif de compression 20 est agencé entre le point de convergence 7 et une entrée 30 de l’échangeur de chaleur principal 3-
Le dispositif de compression 20 permet la mise en circulation du fluide réfrigérant au sein du circuit de fluide réfrigérant 1. Le dispositif de compression 20 peut prendre la forme d’un compresseur électrique, c’est-à-dire un compresseur qui comprend un mécanisme de compression, un moteur électrique et éventuellement un contrôleur. Le mécanisme de compression est mis en rotation par le moteur électrique dont la vitesse de rotation est placée sous la dépendance du contrôleur, celui-ci pouvant être externe ou interne au dispositif de compression concerné.
L'échangeur de chaleur principal 3 est destiné à être traversé par le fluide réfrigérant et par un flux d’air extérieur. L'échangeur de chaleur principal 3 est le siège d’un échange de calories entre le fluide réfrigérant et le flux d’air extérieur et il peut être utilisé comme condenseur. Cet échangeur de chaleur principal 3 peut être installé en face avant du véhicule équipé du circuit de fluide réfrigérant 1 selon l’invention, et il est, dans cette situation, traversé par le flux d’air extérieur à l’habitacle du véhicule.
La première branche 4 débute au point de divergence 6, se termine au point de convergence 7, et comprend successivement, entre ces deux points, un premier organe de détente 8 et un premier échangeur thermique 10. Le premier échangeur thermique 10 est ainsi interposé entre une sortie 29 du premier organe de détente 8 et le point de convergence 7, le premier organe de détente 8 étant disposé entre le point de divergence 6 et une entrée 44 du premier échangeur thermique 10. Ce premier échangeur thermique 10 est spécifiquement dédié au traitement thermique du dispositif de stockage électrique 11 précédemment défini.
Selon le mode de réalisation plus particulièrement illustré par les figures 3 à 12, le premier échangeur thermique 10 est associé thermiquement au dispositif de stockage électrique 11 via une boucle 50 de fluide caloporteur. On parle alors de traitement thermique indirect du dispositif de stockage électrique 11. Le fluide caloporteur capte ainsi les calories au niveau du dispositif de stockage électrique 11 et les transporte vers le premier échangeur thermique 10. Selon des modes de réalisation alternatifs, le premier échangeur thermique 10 échange directement des calories avec le dispositif de stockage électrique 11, par convection ou par conduction : on parle alors de traitement thermique direct du dispositif de stockage électrique.
Le premier organe de détente 8 peut être indifféremment un détendeur thermostatique, un détendeur électronisé, un orifice tube ou analogue. La deuxième branche 5 débute au point de divergence 6, se termine au point de convergence 7, et comprend successivement un deuxième organe de détente 12 et un deuxième échangeur thermique 14. Le deuxième échangeur thermique 14 est ainsi interposé entre une sortie 34 du deuxième organe de détente 12 et le point de convergence 7, le deuxième organe de détente 12 étant disposé entre le point de divergence 6 et une entrée 45 du deuxième échangeur thermique 14.
Le deuxième échangeur thermique 14 est destiné à traiter thermiquement un flux d’air intérieur qui est destiné à être envoyé à l’intérieur de l’habitacle du véhicule. Le deuxième échangeur thermique 14 peut être installé à l’intérieur d’une installation de ventilation, chauffage et/ou climatisation, non représentée sur les figures 3 et 4 qui coopère avec le circuit de fluide réfrigérant 1, pour former un système de traitement thermique du véhicule automobile. Le deuxième échangeur thermique 14 peut alors être utilisé en tant qu’évaporateur pour refroidir le flux d’air intérieur qui est envoyé dans l’habitacle du véhicule.
Le deuxième organe de détente 12 peut être indifféremment un détendeur thermostatique, un détendeur électronisé, un orifice tube ou analogue.
Le dispositif de compression 20 aspire du fluide réfrigérant successivement ou alternativement selon le mode choisi à une première pression BPl, sensiblement égale à une valeur de pression de 5 bars et à une deuxième pression BP2, sensiblement égale à une valeur de pression de 3 bars. Selon le mode choisi de refroidissement du stockage thermique et/ou du confort habitacle la puissance frigorifique fournie est différente. Elle est supérieure dans le cas du refroidissement du stockage thermique.
Lors de la mise en œuvre du procédé selon l'invention, le premier échangeur thermique 10 et le deuxième échangeur thermique 14 sont alternativement alimentés en fluide réfrigérant. Et plus particulièrement, le fluide réfrigérant amené à être dirigé alternativement vers le premier ou le deuxième échangeur thermique est porté à une pression appropriée pour le fonctionnement de chacun des échangeurs thermiques.
Le passage en alternance du fluide réfrigérant dans l’une ou l’autre des branches est avantageusement réalisé par le pilotage de l'organe de détente 8, 12, placé dans la branche 4 5, du circuit de fluide réfrigérant 1 dans laquelle est disposé l'échangeur thermique 10, 14 considéré.
En référence à ces dénominations, lors de la première étape 210 du procédé selon l'invention, le premier organe de détente 8 est piloté pour être dans son état actif, c'est-à-dire pour laisser circuler le fluide réfrigérant dans la première branche 4 précédemment définie, le deuxième organe de détente 12 étant piloté pour être dans son état passif, c'est-à-dire pour interdire tout passage de fluide réfrigérant dans la deuxième branche 5 du circuit de fluide réfrigérant 1. Inversement, lors de la deuxième étape 220 du procédé selon l'invention, c'est le deuxième organe de détente 12 qui est piloté pour être dans son état actif, c'est-à-dire pour laisser circuler le fluide réfrigérant dans la deuxième branche 5 précédemment définie, le premier organe de détente 8 étant piloté pour être dans son état passif, c'est-à-dire pour interdire tout passage de fluide réfrigérant dans la première branche 4 du circuit de fluide réfrigérant 1.
Par ailleurs, tel que cela a pu être évoqué et dans le cadre d’un fluide chimique tel que le fluide Rl34a par exemple, la première étape 210 du procédé selon l'invention permet le passage de fluide réfrigérant à une pression équivalente à la première pression BPl, de valeur égale à 5 bars optimisée pour le fonctionnement du premier échangeur thermique. Et la deuxième étape 220 du procédé selon l'invention permet le passage de fluide réfrigérant à une pression équivalente à la deuxième pression BP2, de valeur égale à 3 bars optimisée pour le fonctionnement du deuxième échangeur thermique. On comprend qu’un fonctionnement analogue pourra être prévu à des valeurs différentes de première pression BPl et de deuxième pression BP2 pour un fluide naturel tel que le R744 par exemple.
Avantageusement, les alternances successives de la première étape 210 et de la deuxième étape 220 du procédé selon l'invention sont gouvernées par un calculateur, non représenté sur les figures, plus particulièrement configuré pour contrôler l'état du premier et du deuxième organes de détente 8, 12.
Comme il a été exposé précédemment, lors de la deuxième étape 220 du procédé selon l'invention, la totalité de la puissance frigorifique développée par un tel circuit de fluide réfrigérant 1 est consacrée à l'opération d'échange thermique effectuée par le deuxième échangeur thermique 14, dédié au traitement thermique de l'habitacle du véhicule, et cette puissance frigorifique totale est supérieure à la puissance frigorifique dédiée à l'opération d'échange thermique effectuée au sein du deuxième échangeur thermique 14 lorsque ce dernier est simultanément alimenté en fluide réfrigérant avec le premier échangeur thermique 10. En d'autres termes, lors de la deuxième étape 220 du procédé selon l'invention, le deuxième échangeur thermique 14 reçoit, de la part du circuit de fluide réfrigérant 1, un supplément de frigories par rapport à celles qu'il reçoit de ce même circuit quand le procédé selon l'invention n'est pas mis en œuvre dans le circuit de fluide réfrigérant
Selon un exemple particulier de mise en œuvre de l'invention, illustré sur la figure 12, ce supplément de frigories peut être dissipé lors de la deuxième étape 220 du procédé selon l'invention, par exemple en augmentant le flux d'air traversant le deuxième échangeur thermique 14. Selon un autre exemple particulier de mise en œuvre de l'invention, illustré par les figures 3 à 11, un stockeur thermique 610 est agencé sur la deuxième branche 5 du circuit de fluide réfrigérant 1, ici en aval du deuxième échangeur thermique par rapport au sens de circulation du fluide réfrigérant. Le stockeur thermique 610 est avantageusement mis en œuvre lors d'une étape 221 de stockage thermique du procédé selon l'invention, repérée sur la figure 1, réalisée simultanément à la deuxième étape 220 du procédé selon l'invention.
Par ailleurs, et tel que cela est notamment illustré sur les figures 3 à 5, un module de stockage thermique 6ll, de fonctionnement similaire à celui qui va être décrit ci-après pour le stockeur thermique agencé sur la deuxième branche 5 du circuit de fluide réfrigérant, peut être agencé sur la boucle 50 de fluide caloporteur ou directement au contact du premier échangeur thermique.
On va maintenant décrire plus particulièrement trois variantes d’un exemple de réalisation de circuit de fluide réfrigérant avec stockeur thermique tel qu’il a pu être présenté précédemment, en se référant respectivement aux figures 3 à 5, 6 à 8 et 9 à 11. On comprendra que la description des différentes
Sur la figure 3, selon une première variante, le stockeur thermique 610 est intégré au deuxième échangeur thermique 14. Ceci permet, notamment, de limiter les pertes de charge pouvant résulter de la présence de circuit de dérivation sur lequel disposer le stockeur thermique, et cela permet de restituer, lors de la première étape 210 du procédé, les frigories emmagasinées dans la deuxième étape 220 directement dans l’air passant dans le deuxième échangeur 14.
La figure 4 illustre l’ensemble de refroidissement selon la première variante de la figure 3 tel qu’il est configuré lors de la deuxième étape 220 de l’invention, lors de laquelle on délivre une puissance frigorifique maximum au niveau de l’échangeur thermique associé au refroidissement de l’habitacle, et lors de laquelle on réalise une ph ase de charge du stockeur thermique 610.
Le fluide réfrigérant traverse l’échangeur de chaleur principal 3 pour réaliser un échange thermique avec un premier flux d’air Fl puis est dirigé à travers la deuxième branche 5 en direction du deuxième échangeur thermique 14, via un pilotage approprié des deux organes de détente 8 et 12, pour réaliser un échange thermique avec un deuxième flux d’air F2 pour le refroidissement de l’habitacle. Plus particulièrement, le premier organe de détente est piloté pour empêcher le passage de fluide vers la première branche 4 et le deuxième organe de détente 12 est piloté pour permettre le passage de fluide réfrigérant à un débit et une pression déterminés. Le fluide réfrigérant traverse le deuxième échangeur thermique à une basse pression déterminée pour que le deuxième échangeur thermique fonctionne de manière optimale, c’est-à-dire ici une deuxième pression BP2 de valeur égale à 3 bars. Le stockeur thermique 610 est un échangeur de chaleur mettant en œuvre un matériau à changement de phase dont la température de fusion est sensiblement de l'ordre de la température du fluide réfrigérant lorsque celui-ci aborde, dans sa circulation au sein du circuit de fluide réfrigérant 1, la deuxième branche 5·
Dans cette deuxième étape, la température du fluide réfrigérant est inférieure à la température de fusion du matériau à changement de phase mis en œuvre dans le stockeur thermique 610. Le matériau à changement de phase cède des calories au fluide réfrigérant, ou, autrement dit, capte, au sein du fluide réfrigérant, les frigories correspondantes. Ce phénomène correspond à une charge du stockeur thermique 610. Simultanément, le deuxième flux d’air F2 est refroidi par le fluide réfrigérant.
La figure 5 illustre l’ensemble de refroidissement selon la première variante de la figure 3 tel qu’il est configuré lors de la première étape 210 de l’invention, lors de laquelle on délivre une puissance frigorifique maximum au niveau de l’échangeur thermique associé au refroidissement du dispositif de stockage électrique, et lors de laquelle on réalise une ph ase de décharge du stockeur thermique 610.
Le fluide réfrigérant traverse l’échangeur de chaleur principal 3 pour réaliser un échange thermique avec un premier flux d’air Fl puis est dirigé à travers la première branche 4 en direction du premier échangeur thermique 10, via un pilotage approprié des deux organes de détente 8 et 12, pour réaliser un échange thermique avec un fluide caloporteur circulant dans la boucle 50 pour le refroidissement du dispositif de stockage électrique 11. Plus particulièrement, le deuxième organe de détente 12 est piloté pour empêcher le passage de fluide vers la deuxième branche 5 et le premier organe de détente 8 est piloté pour permettre le passage de fluide réfrigérant à un débit et une pression déterminés. Le fluide réfrigérant traverse le premier échangeur thermique à une basse pression déterminée pour que le premier échangeur thermique fonctionne de manière optimale, c’est-à-dire ici une première pression BPl de valeur égale à 5 bars.
Dans cette première étape 210, aucun fluide réfrigérant ne circule dans la deuxième branche 5 de sorte que le deuxième flux d’air F2 ne peut être refroidi par l’intermédiaire de ce fluide réfrigérant. Toutefois, le deuxième flux d’air F2 continue à passer à travers le deuxième échangeur thermique 14, et il lèche lors de ce passage le stockeur thermique intégré dans le deuxième échangeur thermique 14. La température de ce deuxième flux d’air F2 est supérieure à la température de fusion du matériau à changement de phase mis en œuvre dans le stockeur thermique 610. Le matériau à changement de phase cède des frigories au deuxième flux d’air F2. Ce phénomène correspond à une décharge du stockeur thermique 610. Il faut comprendre ici que les phénomènes de charge et de décharge du stockeur thermique 610 sont distincts, c'est-à-dire qu'ils ne se produisent pas simultanément : selon l'invention, le stockeur thermique 610 se charge lors de la deuxième étape 220 précédemment définie, et il se décharge lors de la première étape 210 précédemment définie. La présence du stockeur thermique 610 permet donc, même lorsque le deuxième échangeur thermique 14 n'est pas alimenté en fluide réfrigérant circulant, de maintenir l'efficacité de l'échange thermique réalisé, au sein de ce deuxième échangeur thermique 14, entre le deuxième flux d'air précédemment défini et le fluide réfrigérant présent, non circulant, dans le deuxième échangeur thermique 14.
La deuxième variante illustrée sur les figures 6 à 8 diffère de ce qui précède en ce que le stockeur thermique 610 n’est plus intégré dans le deuxième échangeur thermique 14. Pour limiter les pertes de charge liées à la présence du stockeur thermique 610, l'invention prévoit dans cette deuxième variante que le stockeur thermique 610 est monté sur une branche de dérivation 620 dans laquelle le fluide réfrigérant peut circuler suite à l’actionnement d’une vanne de by-pass 630. Selon l'exemple de réalisation plus particulièrement illustré par la figure 6, non limitatif, la vanne de by- pass 630 est une vanne à trois voies dont une voie d'entrée 630a, une première voie de sortie 630b et une deuxième voie de sortie 630c. Selon d'autres exemples de réalisation, non représentés par les figures, la vanne de by-pass peut être formée d'un ensemble de vannes et/ou canalisations, sur le modèle d'un manifold de distribution de fluide. La vanne de by-pass 630 est avantageusement pilotée, par exemple par le calculateur précité, pour contrôler le passage du fluide réfrigérant à travers le stockeur thermique 610. En d'autres termes, la vanne de by-pass 630 est pilotée pour autoriser ou limiter, voire empêcher, le passage du fluide réfrigérant à travers le stockeur thermique 610.
Selon l'exemple de réalisation plus particulièrement illustré par la figure 6, le stockeur thermique 610 se trouve sur une branche de dérivation 620 entre un point d'entrée 60 et un point de raccordement 6l du circuit de fluide réfrigérant 1. Avantageusement, la vanne de by-pass 630 constitue le point d'entrée 60 de cette dérivation. Selon l'exemple de réalisation plus particulièrement illustré par la figure 6, le point d'entrée 60 et le point de raccordement 6l précités, aux bornes desquels le stockeur thermique 610 est branché en dérivation, sont placés entre le deuxième échangeur thermique 14 et le point de convergence 7· Lorsque la vanne de by-pass 630 est pilotée pour que son entrée 630a communique avec sa première sortie 630b, elle interdit le passage du fluide réfrigérant à travers le stockeur thermique 610. Lorsque la vanne de by-pass 630 est pilotée pour que son entrée 630a communique avec sa deuxième sortie 630c, elle autorise le passage du fluide réfrigérant au travers de celui-ci, via la branche de dérivation 620.
En sortie du stockeur thermique, le fluide réfrigérant peut rencontrer sur la branche de dérivation 620 un clapet anti-retour 640, permettant le passage du fluide vers le point de raccordement 6l. De manière alternative, le fluide réfrigérant peut être dirigée sur une branche alternative de dérivation 650 sur laquelle est ménagée une pompe d’entraînement 660, ainsi qu’un clapet anti-retour 670. La branche alternative de dérivation 650 débouche sur la deuxième branche 5 en amont du deuxième échangeur thermique 14, entre le deuxième organe de détente 12 et le deuxième échangeur thermique 14.
La figure 7 illustre l’ensemble de refroidissement selon la deuxième variante de la figure 6 tel qu’il est configuré lors de la deuxième étape 220 de l’invention, lors de laquelle on délivre une puissance frigorifique maximum au niveau de l’échangeur thermique associé au refroidissement de l’habitacle, et lors de laquelle on réalise une phase de charge du stockeur thermique 610.
Le fluide réfrigérant traverse l’échangeur de chaleur principal 3 puis est dirigé à travers la deuxième branche 5 en direction du deuxième échangeur thermique 14, via un pilotage approprié des deux organes de détente 8 et 12, pour réaliser un échange thermique avec un deuxième flux d’air F2 pour le refroidissement de l’habitacle. Plus particulièrement, le premier organe de détente est piloté pour empêcher le passage de fluide vers la première branche 4 et le deuxième organe de détente 12 est piloté pour permettre le passage de fluide réfrigérant à un débit et une pression déterminés. Le fluide réfrigérant traverse le deuxième échangeur thermique à une basse pression déterminée pour que le deuxième échangeur thermique fonctionne de manière optimale, c’est-à- dire ici une deuxième pression BP2 de valeur égale à 3 bars.
En sortie du deuxième échangeur thermique 14, le fluide réfrigérant est dirigé vers la branche de dérivation 620, par l’intermédiaire d’un pilotage approprié de la vanne de by-pass 630, pour passer à travers le stockeur thermique 610. Dans cette phase de charge du stockeur thermique, lors de la deuxième étape 220 du procédé, le fluide réfrigérant est ensuite amené à circuler, le cas échéant par l’intermédiaire de vannes ici non représentées, en direction du point de raccordement 6l puis du point de convergence 7, vers le compresseur 20. Le passage du fluide réfrigérant à travers le stockeur thermique 610 pendant un temps suffisamment long permet sa charge complète. Dans une variante de réalisation du procédé, il pourra être prévu des capteurs permettant de mesurer le taux de charge du stockeur thermique, de sorte que la durée de la deuxième étape 220 du procédé soit fonction notamment de ce taux de charge.
La figure 8 illustre l’ensemble de refroidissement selon la deuxième variante de la figure 6 tel qu’il est configuré lors de la première étape 210 de l’invention, lors de laquelle on délivre une puissance frigorifique maximum au niveau de l’échangeur thermique associé au refroidissement du dispositif de stockage électrique, et lors de laquelle on réalise une phase de décharge du stockeur thermique 610. Le fluide réfrigérant traverse l’écfiangeur de cfialeur principal 3 pour réaliser un échange thermique avec un premier flux d’air Fl puis est dirigé à travers la première branche 4 en direction du premier échangeur thermique 10, via un pilotage approprié des deux organes de détente 8 et 12, pour réaliser un échange thermique avec un fluide caloporteur circulant dans la boucle 50 pour le refroidissement du dispositif de stockage électrique 11. Plus particulièrement, le deuxième organe de détente 12 est piloté pour empêcher le passage de fluide vers la deuxième branche 5 et le premier organe de détente 8 est piloté pour permettre le passage de fluide réfrigérant à un débit et une pression déterminés. Le fluide réfrigérant traverse le premier échangeur thermique à une basse pression déterminée pour que le premier échangeur thermique fonctionne de manière optimale, c’est-à-dire ici une première pression BPl de valeur égale à 5 bars.
Dans cette première étape 210, tel que cela vient d’être précisé, le deuxième organe de détente 12 est piloté pour empêcher le passage de fluide réfrigérant depuis la branche principale 2. Les composants disposés sur la deuxième branche 5 sont pilotés de sorte que la quantité de fluide réfrigérant présent dans la deuxième branche 5 au moment du passage de la deuxième étape à la première étape circule en boucle fermée entre le stockeur thermique 610 et le deuxième échangeur thermique 14. Notamment, la pompe d’entraînement 660 est pilotée pour forcer le fluide réfrigérant à circuler via la branche de dérivation alternative 650, depuis le stockeur thermique 610, dans lequel le fluide réfrigérant récupère des frigories jusqu’à ce que ce stockeur thermique soit complètement déchargé, jusqu’au deuxième échangeur thermique 14 dans lequel le fluide réfrigérant cède des frigories au deuxième flux d’air F2 continuant à passer à travers le deuxième échangeur thermique. Ce phénomène correspond à une décharge du stockeur thermique 610.
Comme précédemment, il faut comprendre ici que les phénomènes de charge et de décharge du stockeur thermique 610 sont distincts, c'est-à-dire qu'ils ne se produisent pas simultanément.
La troisième variante illustrée sur les figures 9 à 11 diffère notamment de ce qui précède dans l’agencement du deuxième échangeur thermique 14 et de la première branche 4 du circuit de fluide réfrigérant. Il convient de noter que cette troisième variante comprend un stockeur thermique qui n’est pas intégré dans le deuxième échangeur thermique, mais qu’il serait envisageable sans sortir du contexte de l’invention de combiner les variantes.
Le deuxième échangeur thermique 14 comporte un échangeur thermique principal, par exemple un évaporateur, et un échangeur thermique secondaire 140, par exemple un pré- évaporateur. L’échangeur thermique principal est disposé sur la deuxième branche 5 de sorte qu’il interagit avec le stockeur thermique 610, tel que cela a été décrit précédemment, et l’échangeur thermique secondaire 140 est disposé sur une dérivation agencée en parallèle du premier échangeur de chaleur 10 disposé sur la première branche 4 du circuit de fluide réfrigérant. Le deuxième flux d’air F2, représenté sur les figures 9 à 11 dans un sens inverse du sens représenté sur les figures précédentes uniquement pour faciliter la lecture du schéma, traverse dans un premier temps l’échangeur thermique secondaire puis l’échangeur thermique principal.
Le fonctionnement de l’ensemble de refroidissement tel que précédemment décrit, lors de cycles comprenant une succession de premières et de deuxièmes étapes, est reproduit dans cette troisième variante, avec une figure 10 illustrant la circulation du fluide réfrigérant lors de la deuxième étape du procédé, permettant une charge du stockeur thermique pendant que le fluide réfrigérant est amené à circuler dans la branche principale 2 puis dans la deuxième branche 5 à une basse pression équivalente à une deuxième pression BP2, et une figure 11 illustrant la circulation du fluide réfrigérant lors de la première étape du procédé, dans laquelle le fluide réfrigérant est amené à circuler dans la branche principale 2 puis dans la première branche 4 à une basse pression équivalente à une première pression BPl et dans laquelle une quantité de fluide réfrigérant circule en boucle fermée dans la deuxième branche entre le stockeur thermique et le deuxième échangeur thermique pour décharger les frigories du stockeur thermique dans le deuxième flux d’air.
L'invention telle qu'elle vient d'être décrite et illustrée, notamment, au travers de trois variantes d’un exemple de réalisation d'un circuit de fluide réfrigérant 1 permettant sa mise en œuvre, atteint bien les buts qu'elle s'était fixés, en permettant, lors d'une opération de charge rapide du dispositif de stockage électrique 11, la réalisation du refroidissement de ce dispositif de stockage électrique 11 sans dégradation du confort thermique au sein de l'habitacle du véhicule.
L’invention telle qu’elle vient d’être décrite ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations exclusivement décrits et illustrés, et s’applique également à tous moyens ou configurations, équivalents et à toute combinaison de tels moyens ou configurations.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement thermique d’un habitacle et d'un dispositif (il) de stockage électrique d'un véhicule automobile tracté au moins en partie par un moteur électrique, le véhicule automobile mettant en œuvre au moins un circuit de fluide réfrigérant (l) qui comprend au moins un premier échangeur thermique (ΐq) dédié au traitement thermique du dispositif de stockage électrique (il) et un deuxième échangeur thermique (14) dédié au traitement thermique de l’habitacle, le procédé mettant en œuvre alternativement une première étape (210) d'alimentation en fluide réfrigérant du premier échangeur thermique (ΐq) et une deuxième étape (220) d'alimentation en fluide réfrigérant du deuxième échangeur thermique (14).
2. Procédé selon la revendication précédente, au cours duquel des composants du circuit de fluide réfrigérant (l) sont pilotés pour porter le fluide réfrigérant à une première pression (BPl) lors de la première étape (210) et pour porter le fluide réfrigérant à une deuxième pression (BP2) lors de la deuxième étape (220).
3· Procédé selon l’une des revendications précédentes, au cours duquel une étape (22l) de stockage thermique de frigories est générée lors de la deuxième étape (220) au passage du fluide réfrigérant, les frigories stockées étant déchargées dans un flux d’air lors de la première étape (210).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une première durée (215) de la première étape (210) est supérieure à une deuxième durée (225) de la deuxième étape (220).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'alimentation en fluide réfrigérant du premier échangeur thermique (ΐq) ou du deuxième échangeur thermique (14) est réalisée par le pilotage d'un premier organe de détente (8) et d'un deuxième organe de détente (l2) du circuit (l) de fluide réfrigérant.
6. Procédé selon la revendication précédente, en combinaison avec la revendication 2, dans lequel la succession d'alternances de la première étape (210) et de la deuxième étape (220), lors desquelles la pression du fluide réfrigérant est modifiée, est gouvernée par un calculateur configuré pour piloter l'état des organes de détente et d’un compresseur (20) ménagé sur le circuit de fluide réfrigérant.
7· Circuit (l) de fluide réfrigérant configuré pour mettre en œuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes au sein d'un véhicule tracté au moins en partie par un moteur électrique, le circuit (l) de fluide réfrigérant comprenant au moins : un dispositif de compression (2q) et un échangeur de chaleur principal (3), une première branche (4) et une deuxième branche (5) agencées en parallèle l'une par rapport à l'autre entre un point de divergence (6) et un point de convergence (7), la première branche (4) comprenant un premier échangeur thermique (ΐq) destiné à traiter thermiquement un dispositif (il) de stockage électrique du véhicule et la deuxième branche (5) comprenant un deuxième échangeur thermique (14) destiné à traiter thermiquement un habitacle du véhicule.
8. Circuit (l) selon la revendication précédente, dans lequel un stockeur thermique (6l0) est intégré dans le deuxième échangeur thermique (14) agencé dans la deuxième branche (5) du circuit (l) de fluide réfrigérant.
9. Circuit (l) selon la revendication?, dans lequel un stockeur thermique (6ΐq) est agencé dans la deuxième branche (5) du circuit (l) de fluide réfrigérant, sur une branche de dérivation (620).
10. Circuit (l) selon l’une des revendications 7 à 9, dans lequel le deuxième échangeur thermique (14) comporte un échangeur thermique principal et un échangeur thermique secondaire (140), l’échangeur thermique principal étant disposé sur la deuxième branche (5) de sorte qu’il est traversé par le fluide à une deuxième pression (BP2) et l’échangeur thermique secondaire (l40) étant disposé sur une dérivation agencée en parallèle du premier échangeur de chaleur (ΐq) disposé sur la première branche (4) du circuit de fluide réfrigérant de sorte qu’il est traversé par le fluide à une première pression (BPl).
11. Ensemble de refroidissement comportant un circuit de fluide réfrigérant selon l’une des revendications 7 à 10, dans lequel le premier échangeur de chaleur (ΐq) est commun au circuit de fluide réfrigérant (l) et à une boucle de fluide caloporteur (50) sur laquelle est ménagé le dispositif de stockage électrique (il).
12. Ensemble de refroidissement selon la revendication précédente, dans lequel un stockeur thermique est ménagé sur la boucle de fluide caloporteur (50) ou au contact du dispositif de stockage électrique (il).
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