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WO2023083872A1 - Procédé de contrôle d'un système de conditionnement thermique - Google Patents

Procédé de contrôle d'un système de conditionnement thermique Download PDF

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WO2023083872A1
WO2023083872A1 PCT/EP2022/081292 EP2022081292W WO2023083872A1 WO 2023083872 A1 WO2023083872 A1 WO 2023083872A1 EP 2022081292 W EP2022081292 W EP 2022081292W WO 2023083872 A1 WO2023083872 A1 WO 2023083872A1
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WO
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heat exchanger
heat
transfer liquid
heat transfer
exchanger
Prior art date
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Application number
PCT/EP2022/081292
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English (en)
Inventor
Rody El Chammas
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Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Publication date
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Priority to US18/710,426 priority patent/US20250001834A1/en
Priority to CN202280084904.XA priority patent/CN118450995A/zh
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    • B60H2001/3261—Cooling devices information from a variable is obtained related to temperature of the air at an evaporating unit

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermal conditioning systems.
  • thermal conditioning systems can in particular be fitted to a motor vehicle.
  • These systems make it possible to achieve thermal regulation of various parts of the vehicle, such as the passenger compartment or an electrical energy storage battery, in the case of an electrically powered vehicle.
  • Heat exchanges are mainly managed by the compression and expansion of a refrigerant fluid within several heat exchangers.
  • Thermal conditioning systems commonly use a refrigerant loop and a coolant loop exchanging heat with the refrigerant. Such systems are thus called indirect.
  • Patent EP2933586 B1 is an example of such a system.
  • the refrigerant loop makes it possible in particular to heat the passenger compartment of the vehicle by dissipating in a flow of air sent to the passenger compartment the heat resulting from the condensation of the high-pressure refrigerant fluid.
  • the vaporization of the low-pressure refrigerant fluid is obtained by absorbing heat from an air flow external to the vehicle. This vaporization of the low-pressure refrigerant fluid takes place in a heat exchanger generally located on the front face of the vehicle.
  • the present invention proposes a method for controlling a thermal conditioning system for a motor vehicle, the thermal conditioning system comprising:
  • a heat transfer liquid circuit configured to circulate a heat transfer liquid
  • a refrigerant fluid circuit comprising successively: a compression device, a two-fluid exchanger, a first expansion device arranged upstream of a first heat exchanger, the two-fluid exchanger and the first heat exchanger being arranged together on the circuit refrigerant fluid and on the heat transfer liquid circuit so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, the heat transfer liquid circuit comprising a second heat exchanger configured to exchange heat with an air flow inside a passenger compartment of the vehicle, the control method comprising the steps: i - determining an ambient temperature outside the vehicle, ii - if the ambient temperature is below a first predetermined temperature threshold:
  • step 1112 - in conjunction with step iii1 of circulation of the refrigerant fluid, circulate heat transfer liquid in the two-fluid exchanger, in the first heat exchanger, in the second heat exchanger.
  • the compression device passes the high-pressure refrigerant.
  • the high-pressure gaseous refrigerant condenses in the two-fluid heat exchanger.
  • the heat of condensation of the refrigerant fluid is transmitted to the heat transfer liquid circulating in the two-fluid exchanger.
  • the refrigerant fluid is then expanded in the first expansion device, and passes to low pressure.
  • the low pressure refrigerant evaporates in the first heat exchanger, and absorbs heat from the heat transfer liquid.
  • the compression device provides work to the refrigerant fluid, the quantity of heat supplied to the heat transfer liquid at the two-fluid exchanger is greater than the quantity of heat absorbed at the level of the first heat exchanger. The heat transfer liquid is thus heated.
  • This mode of operation thus makes it possible to heat the heat transfer liquid in order to heat the passenger compartment of the vehicle, without using additional heating, for example electric, and without the risk of freezing an evaporator located on the front face when the ambient temperature is close to 0°C.
  • the passenger compartment can thus be heated even at low temperature, without using additional heating. The cost and bulk of the thermal conditioning system can thus be reduced.
  • the first heat exchanger is configured to be thermally coupled with an element of an electric powertrain of the vehicle.
  • the coolant circuit is configured so that according to at least one operating mode of the thermal conditioning system, the two-fluid exchanger, the second heat exchanger and the first heat exchanger are connected in series.
  • the component of the vehicle's electric powertrain is configured to exchange heat with the coolant.
  • the first heat exchanger is configured to exchange heat with the heat transfer liquid.
  • a portion of the coolant circuit comprising the first heat exchanger communicates with a portion of the coolant circuit comprising the element of the traction chain.
  • a thermal coupling is thus produced between the first heat exchanger and the element of the traction chain.
  • the coolant circuit is configured so that according to at least one operating mode of the thermal conditioning system, the two-fluid exchanger, the second heat exchanger, the first heat exchanger and the element of the traction are connected in series.
  • the element of the electric traction chain of the vehicle comprises an electric traction motor of the vehicle.
  • the element of the electric traction chain of the vehicle comprises an electronic module for controlling an electric traction motor of the vehicle.
  • the component of the vehicle's electric powertrain includes an electrical energy storage battery.
  • a mass flow rate of refrigerant fluid in the two-fluid exchanger is equal to a mass flow rate of refrigerant fluid in the first heat exchanger.
  • control method includes the step: iv- Determine a temperature of the heat transfer liquid at the inlet of the second heat exchanger.
  • the control method comprises the step: v1 - If the temperature of the coolant at the inlet of the second heat exchanger is less than or equal to a second predetermined temperature threshold, maintaining an interior air flow rate above below a first predetermined throughput threshold.
  • the first predetermined flow rate threshold is for example less than 50 kg/h.
  • control method may include the step: - If the temperature of the heat transfer liquid at the outlet of the two-fluid heat exchanger is lower than a predetermined minimum temperature, prohibit circulation of heat transfer liquid in the second heat exchanger.
  • the control method comprises the step: vi- If the temperature of the coolant at the inlet of the second heat exchanger is less than or equal to the second predetermined temperature threshold, increasing a rotation speed of the compression device until a predetermined maximum value.
  • the predetermined maximum value of the rotation speed of the compression device depends on a forward speed of the vehicle.
  • the noise emitted by the compression device is more easily heard by the occupants of the vehicle than when the vehicle is moving. Indeed, the ambient noise is higher when the vehicle is moving.
  • the predetermined maximum value depends on the pressure of the refrigerant fluid at the inlet of the compression device.
  • control process may include the step:
  • the control method comprises the step: v2- If the temperature of the coolant at the inlet of the second heat exchanger is greater than the second predetermined temperature threshold, generating an interior air flow rate greater than a second threshold of predetermined flow rate.
  • the second predetermined threshold is for example 100 kg/h.
  • the step for generating an interior air flow rate includes a sub-step for activating a fan motor assembly configured to circulate an air flow.
  • the control method comprises the step: vii- If the temperature of the coolant at the inlet of the second heat exchanger is greater than the second predetermined temperature threshold, controlling a rotational speed of the compression device so as to regulate a temperature of the heat transfer liquid entering the second heat exchanger at a set value.
  • the control of the rotation speed of the compression device can for example be carried out by a regulator of the proportional, integral, derivative type using the difference between the actual temperature of the coolant liquid at the inlet of the second heat exchanger and its value of order.
  • the control method comprises the steps: viii- Receive a temperature set point value for the heat transfer liquid entering the second heat exchanger, viii-1 - Determine a temperature of the heat transfer liquid entering the second heat exchanger, viii-2 - Determine a difference between the determined temperature of the coolant liquid at the inlet of the second heat exchanger and the set value of the temperature of the coolant liquid at the inlet of the second heat exchanger, viii-3 - If the determined difference is lower at 0, increase a rotation speed of the compression device.
  • the control method comprises the step: viii-4 - If the determined difference is greater than 0 and less than a predetermined maximum value, reducing a rotational speed of the compression device. [37]
  • the control process includes the step:
  • the control process includes the step:
  • a temperature of the refrigerant fluid at the inlet of the first heat exchanger is less than - 15° C. during step i of circulation of refrigerant fluid in the first heat exchanger .
  • the flow rate of heat transfer liquid in the second heat exchanger is equal to the flow rate of heat transfer liquid in the two-fluid exchanger during step iii of circulation of the heat transfer liquid heated in the second heat exchanger.
  • the thermal conditioning system further comprises: a second expansion device, a third heat exchanger configured to exchange heat with an external air flow, the third heat exchanger being configured to operate at least as an evaporator, a flow of refrigerant fluid circulates in the third heat exchanger during step i of circulation of refrigerant fluid in the first heat exchanger.
  • the invention also relates to a thermal conditioning system for a motor vehicle, the thermal conditioning system comprising:
  • a heat transfer liquid circuit configured to circulate a heat transfer liquid
  • a refrigerant circuit comprising successively: a compression device, a two-fluid heat exchanger, a first expansion device arranged upstream of a first heat exchanger, the two-fluid exchanger and the first heat exchanger being arranged jointly on the refrigerant circuit and on the heat transfer liquid circuit so as to allow an exchange of heat between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, the heat transfer liquid circuit comprising a second heat exchanger configured to exchange heat with a flow of air inside a passenger compartment of a motor vehicle,
  • An electronic control unit configured to implement the control method as described above.
  • the component of the vehicle's electric powertrain is configured to exchange heat with a coolant circulating in an auxiliary coolant loop.
  • the first heat exchanger is configured to exchange heat with the heat transfer liquid circulating in the auxiliary heat transfer liquid loop.
  • the thermal conditioning system further comprises: a second expansion device, a third heat exchanger configured to exchange heat with an external air flow, the third heat exchanger being configured to operate at least as an evaporator.
  • the coolant circuit includes a main circulation loop, the main loop comprising the two-fluid exchanger and the second heat exchanger.
  • the auxiliary coolant loop can be selectively placed in communication with the main coolant loop.
  • the main coolant loop includes a pump configured to circulate the coolant.
  • the auxiliary coolant loop comprises a pump, not shown, configured to circulate the coolant.
  • the coolant circuit comprises a first branch connecting a first connection point arranged on the main loop to a second connection point arranged on the auxiliary loop.
  • the coolant circuit comprises a second branch connecting a third connection point arranged on the main loop to a fourth connection point arranged on the auxiliary loop.
  • the coolant circuit comprises a third branch connecting a fifth connection point arranged on the main loop to a fifth heat exchanger.
  • the coolant circuit comprises a fourth branch connecting the fifth heat exchanger to a sixth connection point arranged on the main loop.
  • the thermal conditioning system comprises a refrigerant circuit comprising
  • a main loop comprising successively, according to the direction of travel of the refrigerant fluid: a compression device, a two-fluid exchanger, a first expansion device, a first heat exchanger, the two-fluid exchanger and the first heat exchanger being arranged jointly on the refrigerant circuit and on the heat transfer liquid circuit so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, the first heat exchanger being configured to be thermally coupled with an element of an electric traction chain of the vehicle,
  • first bypass branch connecting a first connection point arranged on the main loop downstream of the dual-fluid exchanger and upstream of the first expansion device to a second connection point arranged on the main loop downstream of the first heat exchanger and upstream of the compression device, the first bypass branch comprising a second expansion device and a third heat exchanger configured to exchange heat with an external air flow, the third heat exchanger being configured to operate at least as an evaporator,
  • a second bypass branch connecting a third connection point arranged on the main loop downstream of the first connection point and upstream of the first expansion device to a fourth connection point arranged on the main loop downstream of the first heat exchanger and upstream of the second connection point, the second bypass branch comprising a third expansion device and a fourth heat exchanger configured to exchange heat with the interior air flow.
  • the coolant circuit includes a fifth heat exchanger configured to exchange heat with the outside air flow.
  • the fifth heat exchanger is arranged upstream of the third heat exchanger in one direction of flow of the outside air flow.
  • the main loop comprises a first internal exchanger configured to allow heat exchange between the high-pressure refrigerant fluid downstream of the two-fluid exchanger and upstream of the first connection point, and the fluid low-pressure refrigerant downstream of the second connection point and upstream of the compression device.
  • the main loop comprises a second internal exchanger configured to allow heat exchange between the high-pressure refrigerant fluid downstream of the first connection point and upstream of the third connection point, and the fluid low-pressure refrigerant downstream of the fourth connection point and upstream of the second connection point.
  • the first internal exchanger and the second internal exchanger make it possible to increase the exchanges of heat and thus to increase the performance of the thermal conditioning system.
  • the thermal conditioning system comprises a refrigerant circuit comprising
  • a main loop comprising successively according to the direction of travel of the refrigerant fluid: a compression device, a two-fluid exchanger, a first expansion device, a first heat exchanger, the two-fluid exchanger and the first heat exchanger being arranged jointly on the refrigerant circuit and on the heat transfer liquid circuit so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, the first heat exchanger being configured to be thermally coupled with an element of an electric traction chain of a motor vehicle,
  • a second bypass branch connecting a third connection point arranged on the main loop downstream of the two-fluid exchanger and upstream of the first expansion device to a fourth connection point arranged on the main loop downstream of the first heat exchanger and upstream of the compression device, the first bypass branch comprising a third expansion device and a fourth heat exchanger configured to exchange heat with the internal air flow,
  • first bypass branch connecting a first connection point arranged on the second bypass branch downstream of the fourth heat exchanger and upstream of the fourth connection point to a second connection point arranged on the main loop downstream of the fourth point connection and upstream of the compression device, the first bypass branch comprising a second expansion device and a third heat exchanger configured to exchange heat with an external air flow, the third heat exchanger being configured to operate at least in an evaporator.
  • the refrigerant circuit comprises a second internal exchanger configured to allow heat exchange between the high-pressure refrigerant fluid in the main loop downstream of the first internal exchanger and upstream of the third point of connection and the low-pressure refrigerant in the main loop downstream of the fourth connection point and upstream of the second connection point.
  • the main loop comprises a coolant accumulation device arranged downstream of the two-fluid heat exchanger and upstream of the third connection point.
  • the main loop includes a refrigerant fluid accumulation device located downstream of the two-fluid heat exchanger and upstream of the first connection point.
  • the main loop comprises a refrigerant fluid accumulation device disposed downstream of the two-fluid exchanger and upstream of the first internal exchanger.
  • FIG. 1 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a first embodiment of the invention, in which the control method according to the invention is implemented,
  • FIG. 2 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a variant of the first embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a schematic view of a thermal conditioning system according to a variant of the second embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a schematic view of the thermal conditioning system according to the first embodiment when the method according to the invention is implemented
  • FIG. 6 is a schematic side view of a vehicle equipped with a thermal conditioning system according to Figures 1 to 5,
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating different steps of the method according to the invention
  • FIG. 8 is a time evolution curve of several parameters of the method according to the invention
  • FIG. 9 is a curve of the temporal evolution of several other process parameters.
  • a first element upstream of a second element means that the first element is placed before the second element with respect to the direction of circulation, or course, of a fluid.
  • a first element downstream of a second element means that the first element is placed after the second element with respect to the direction of circulation, or travel, of the fluid in question.
  • the term "a first element is upstream of a second element” means that the refrigerant successively passes through the first element, then the second element, without passing through the compression device. In other words, the refrigerant leaves the compression device, possibly crosses one or more elements, then crosses the first element, then the second element, then returns to the compression device, possibly after having crossed other elements.
  • a second element is placed between a first element and a third element means that the shortest route to go from the first element to the third element passes through the second element.
  • an electronic control unit 50 receives information from various sensors, not shown, measuring in particular the characteristics of the refrigerant at various points in the circuit.
  • the electronic control unit 50 also receives instructions issued by the occupants of the vehicle, such as for example the desired temperature inside the passenger compartment.
  • the electronic control unit implements control laws allowing the piloting of the various actuators, in order to ensure the control of the thermal conditioning system 100 so as to ensure the instructions received.
  • the electronic control unit 50 notably implements the method according to the invention.
  • Each of the expansion devices used can be an electronic expansion valve, a thermostatic expansion valve, or a calibrated orifice.
  • the passage section allowing the refrigerant fluid to pass can be adjusted continuously between a closed position and a maximum open position.
  • the system control unit controls an electric motor which moves a mobile shutter controlling the section of passage offered to the refrigerant fluid.
  • the compression device 3 can be an electric compressor, that is to say a compressor whose moving parts are driven by an electric motor.
  • the compression device 3 comprises a suction side of the low-pressure refrigerant fluid, also called inlet 3a of the compression device, and a discharge side of the high-pressure refrigerant fluid, also called outlet 3b of the compression device 3.
  • the internal moving parts of the compressor 3 cause the refrigerant fluid to pass from a low pressure on the inlet side 3a to a high pressure on the outlet side 3b.
  • the work of compression and discharge is ensured thanks to the energy provided by the electric motor.
  • the refrigerant fluid After expansion in one or more expansion devices, the refrigerant fluid returns to the inlet 3a of the compressor 3 and begins a new thermodynamic cycle.
  • the refrigerant circuit 2 forms a closed circuit in which the refrigerant can circulate.
  • the refrigerant circuit 2 is sealed when the latter is in a nominal operating state, that is to say without any fault or leak.
  • Each connection point of circuit 2 allows the refrigerant fluid to pass into one or the other of the circuit portions meeting at this connection point.
  • the distribution of the refrigerant fluid between the circuit portions joining at a connection point is done by acting on the opening or closing of stop valves, non-return valves or expansion device included on each of the branches.
  • each connection point is a means of redirecting the refrigerant fluid arriving at this connection point.
  • the refrigerant used by the refrigerant circuit 2 is here a chemical fluid such as R1234yf.
  • Other refrigerants can also be used, such as R134a or R744, for example.
  • Interior air flow Fi means an air flow intended for the passenger compartment of the motor vehicle.
  • This indoor air flow can circulate in a heating, ventilation and/or air conditioning installation, frequently referred to by the English term “HVAC”, for “Heating, Ventilating and Air Conditioning”. This installation has not been shown in the various figures.
  • HVAC heating, ventilation and/or air conditioning installation
  • exterior air flow Fe is meant an air flow that is not intended for the passenger compartment of the vehicle. In other words, this air flow Fe remains outside the passenger compartment of the vehicle.
  • a fan motor unit 35 can be activated in order to increase the flow rate of the outside air flow Fe if necessary.
  • the air flow provided by the fan motor unit 35 can be adjusted for example by the electronic control unit 50 of the thermal conditioning system 100.
  • thermal conditioning system 100 for a motor vehicle comprising:
  • a heat transfer liquid circuit 1 configured to circulate a heat transfer liquid
  • a refrigerant circuit 2 comprising successively: a compression device 3, a two-fluid heat exchanger 4, a first expansion device 31 disposed upstream of a first heat exchanger heat exchanger 21, the two-fluid exchanger 4 and the first heat exchanger 21 being arranged jointly on the refrigerant circuit 2 and on the heat transfer liquid circuit 1 so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, the coolant circuit 1 comprising a second heat exchanger 22 configured to exchange heat with an interior air flow Fi in a passenger compartment of the motor vehicle,
  • An electronic control unit 50 configured to implement the control method according to the invention.
  • the first heat exchanger 21 is arranged jointly on the refrigerant circuit 2 and on the coolant circuit 1 so as to allow heat exchange between the coolant and the coolant.
  • the first heat exchanger 21 comprises an inlet 21a and an outlet 21b of refrigerant fluid, as well as an inlet 21c and an outlet 21d of coolant liquid.
  • the refrigerant fluid and the heat transfer liquid can exchange heat during their passage through the first heat exchanger 21.
  • the first heat exchanger 21 is a second two-fluid exchanger.
  • the first heat exchanger 21 is for example a plate exchanger.
  • the heat transfer liquid is for example a mixture of water and glycol, with a solidification temperature below -30°C.
  • the first heat exchanger 21 is configured to be thermally coupled with an element 30 of an electric traction chain of a motor vehicle.
  • the element 30 of the electric traction chain of the vehicle is configured to exchange heat with a heat transfer liquid circulating in an auxiliary loop 10 of heat transfer liquid.
  • the first heat exchanger 21 is configured to exchange heat with the heat transfer liquid circulating in the auxiliary loop 10 of heat transfer liquid.
  • the heat transfer liquid thus provides a thermal coupling between the first heat exchanger 21 and the element 30.
  • the element 30 of the vehicle's electric traction chain comprises, for example, an electric vehicle traction motor.
  • the element 30 of the electric traction chain of the vehicle comprises an electronic module for controlling an electric traction motor of the vehicle.
  • the element 30 of the electric traction chain of the vehicle can also comprise an electric energy storage battery.
  • Element 30 of the vehicle's electric drive train is configured to exchange heat with the heat transfer liquid.
  • the heat transfer liquid can circulate in a casing of the element 30 of the electric traction chain comprising a coolant inlet and an outlet.
  • the casing forms a coolant fluid circulation conduit between the inlet and the outlet. A heat exchange between the element 30 and the heat transfer liquid can thus be achieved.
  • the first heat exchanger 21 is configured to exchange heat with the heat transfer liquid. To this end, according to at least one mode of operation of the thermal conditioning system 100, a portion of the coolant circuit 1 comprising the first heat exchanger 21 communicates with a portion of the coolant circuit 1 comprising the element of the chain traction 30. A thermal coupling is thus achieved between the first heat exchanger 21 and the element 30 of the traction chain.
  • the thermal conditioning system 100 further comprises: a second expansion device 32, a third heat exchanger 23 configured to exchange heat with an air flow exterior Fe, the third heat exchanger 23 being configured to operate at least as an evaporator.
  • the second expansion device 32 is arranged upstream of the third heat exchanger 23.
  • the second expansion device 32 makes it possible to adjust the pressure of the refrigerant fluid at the inlet of the third heat exchanger 23.
  • FIG. 6 schematically describes the location in the vehicle of heat exchangers interacting with the exterior air flow Fe or the interior flow Fi.
  • the thermal conditioning system 100 includes a third heat exchanger 23 allowing the thermal conditioning system 100 to operate in a so-called heat pump operating mode. In this mode of operation, the heat necessary for the evaporation of the refrigerant fluid is taken from an outside air flow Fe.
  • the heat pump mode can in particular be used when the ambient temperature is high enough for it not to there is no risk of icing of the water vapor contained in the flow of outside air Fe.
  • the heat pump mode may become unusable. Indeed, the evaporation of the refrigerant is carried out at a temperature lower than the temperature of the external air flow, which is substantially equal to the ambient temperature. Evaporation thus takes place at a negative temperature. The water vapor contained in the ambient air can thus be transformed into ice and accumulate on the surface of the third heat exchanger 23. The accumulation of ice penalizes the heat transfer, which causes the thermodynamic performance to drop, until this mode of operation is prevented.
  • an additional electric heating device into the thermal conditioning system. This additional component significantly increases the cost price of the system, and increases its weight and its size. It is therefore desirable to be able to heat the passenger compartment even in cold weather without adding an additional heating device.
  • the present invention proposes for this purpose a method for controlling a thermal conditioning system 100 for a motor vehicle, the thermal conditioning system 100 comprising:
  • a heat transfer liquid circuit 1 configured to circulate a heat transfer liquid
  • a refrigerant circuit 2 comprising successively: a compression device 3, a two-fluid heat exchanger 4, a first expansion device 31 disposed upstream of a first heat exchanger heat exchanger 21, the two-fluid exchanger 4 and the first heat exchanger 21 being arranged jointly on the refrigerant circuit 2 and on the heat transfer liquid circuit 1 so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, the coolant circuit 1 comprising a second heat exchanger 22 configured to exchange heat with an interior air flow Fi to a passenger compartment of the vehicle, the control method comprising the steps: i - determining an ambient temperature Tamb outside the vehicle, ii - if the ambient temperature Tamb is lower than a first predetermined temperature threshold T1:
  • the compression device 3 passes the high pressure refrigerant fluid.
  • the high-pressure gaseous refrigerant condenses in the two-fluid exchanger 4.
  • the heat of condensation of the refrigerant fluid is transmitted to the heat transfer liquid circulating in the two-fluid exchanger 4.
  • the refrigerant fluid yields thus heats the heat transfer liquid at the level of the two-fluid heat exchanger 4.
  • the refrigerant is then expanded in the first expansion device 31, and passes to low pressure.
  • the low pressure refrigerant evaporates in the first heat exchanger 21, and absorbs heat from the coolant.
  • the quantity of heat supplied to the heat transfer liquid at the level of the two-fluid exchanger 4 is greater than the quantity of heat absorbed at the level of the first heat exchanger 21.
  • the heat transfer liquid is thus globally heated. This mode of operation thus makes it possible to heat the heat transfer liquid in order to heat the passenger compartment of the vehicle, without using additional heating for example. electric, and without the risk of freezing an evaporator located on the front panel when the ambient temperature is close to 0°C.
  • the passenger compartment can thus be heated even at low temperature, without using additional heating.
  • the cost and size of the thermal conditioning system can thus be reduced compared to a conventional thermal conditioning system.
  • the first heat exchanger 21 is on the illustrated example configured to be thermally coupled with an element 30 of an electric traction chain of the vehicle. Thus, it is possible to recover at least part of the heat dissipated during the operation of the element 30 of the traction chain.
  • Ambient temperature is the temperature of the air around the vehicle and outside the vehicle.
  • the ambient temperature is measured at a place in the vehicle where the air temperature is not affected by the operation of the vehicle.
  • the refrigerant circulating in the two-fluid heat exchanger 4 is at high pressure.
  • the refrigerant circulating in the first heat exchanger 21 is at low pressure. Indeed, the high-pressure refrigerant at the outlet of the two-fluid exchanger 4 is expanded in the first expansion device 31 and passes to low pressure, then circulates in the first heat exchanger 21 .
  • the coolant circuit 1 is configured so that according to at least a first mode of operation of the thermal conditioning system 100, the two-fluid exchanger 4, the second heat exchanger 22 and the first heat exchanger 21 are connected serial.
  • the heat transfer liquid can thus circulate successively in the two-fluid exchanger 4, in the first heat exchanger 21, in the second heat exchanger 22.
  • the heat transfer liquid can circulate successively in the two-fluid exchanger 4, in the second heat exchanger 22, then in the first heat exchanger 21.
  • the refrigerant liquid circulates in a closed loop in the two-fluid exchanger 4, in the first heat exchanger 21, and in the second heat exchanger 22.
  • the coolant circuit 1 is configured so that according to at least a second mode of operation of the thermal conditioning system 100, the two-fluid exchanger 4, the second heat exchanger 22, the first heat exchanger 21 and element 30 of the traction chain are connected in series.
  • FIG. 5 diagrams the circulation of the refrigerant fluid and the circulation of the heat transfer liquid when the method according to the invention is applied.
  • the portions of the refrigerant circuit 2 in which the refrigerant circulates are shown in thick lines.
  • the portions of circuit 2 in which the refrigerant fluid does not circulate are shown in dotted lines.
  • the portions of the heat transfer liquid circuit 1 in which the heat transfer liquid circulates are shown in thick lines and the portions of the circuit 1 in which the heat transfer liquid does not circulate are shown in dotted lines.
  • the refrigerant circulates successively in the compression device 3, in the two-fluid exchanger 4, in the first heat exchanger 21, then returns to the compression device 3.
  • the heat transfer liquid circulates successively in the two-fluid exchanger 4, in the second heat exchanger 22, in the first heat exchanger 1, in the element 30 of the traction chain, and returns to the two-fluid exchanger 4.
  • a mass flow rate of refrigerant fluid in the two-fluid exchanger 4 is equal to a mass flow rate of refrigerant fluid in the first heat exchanger 21.
  • the entire flow of refrigerant fluid leaving the two-fluid exchanger 4 joins and passes through the first heat exchanger 21.
  • the other branches of the refrigerant circuit 2, and the heat exchangers which are arranged there are not traversed by a flow of refrigerant fluid.
  • the control method comprises the step: iv - Determining a temperature T_22 of the heat transfer liquid at the inlet of the second heat exchanger 22, v1 - If the temperature T_22 of the heat transfer liquid at the inlet of the second heat exchanger 22 is lower or equal to a second predetermined temperature threshold T2, maintaining a flow rate Q_Fi of interior air flow below a first predetermined flow threshold Q1.
  • the first predetermined throughput threshold Q1 is for example less than 50 kg/h.
  • the flow rate Q_Fi of interior air Fi is thus maintained at a very low value so that the heat exchange at the level of the second heat exchanger 22 is negligible. In fact, during this operating phase, the temperature of the heat transfer liquid is too low to effectively heat the interior air flow Fi, and it is not desirable to blow cool air onto the occupants of the vehicle due to the discomfort caused by such a cool breath.
  • a motor-fan unit 5 makes it possible to generate an air flow Fi on the second heat exchanger 22.
  • the motor-fan unit 5 is for example arranged upstream of the second heat exchanger 22.
  • the motor-fan unit is kept inactive, that is to say not controlled.
  • a movable shutter can be controlled so as to block air circulation on the second heat exchanger 22. In the figures, the shutter has not been shown.
  • curve 60 schematizes the evolution of the airflow Q_Fi of the indoor airflow Fi as a function of time.
  • the curve 61 schematizes the evolution of the temperature T_22 of the coolant at the inlet of the second heat exchanger 22. From the initial instant until the instant t1, the air flow Q_Fi is maintained at a value lower than Q1 because the temperature T_22 is lower than the threshold T2.
  • control process may include the step:
  • the control method comprises the step: vi - If the temperature T_22 of the coolant liquid entering the second heat exchanger 22 is less than or equal to the second predetermined temperature threshold T2, increasing a rotational speed N of the compression 3 up to a predetermined maximum value Nmax. [109] Increasing the speed of rotation of the compression device 3 makes it possible to increase the flow rate of refrigerant fluid in the circuit 2 and thus the thermal power supplied.
  • curve 63 schematizes the evolution of the rotational speed of the compression device 3 as a function of time.
  • Curve 62 schematizes the change in temperature T_22 of the coolant at the inlet of the second heat exchanger 22.
  • the maximum speed Nmax of compressor 3 is reached at time t2.
  • the predetermined maximum value Nmax of the rotational speed of the compression device 3 depends on a forward speed of the vehicle. Indeed, when the vehicle is stationary, the noise emitted by the compression device is more easily audible by the occupants of the vehicle than when the vehicle is moving. Ambient noise is higher when the vehicle is moving. The noise generated by the operation of the compression device increases when the rotational speed increases. A higher rpm can be accepted when the background noise is higher.
  • the predetermined maximum value Nmax depends on the pressure of the refrigerant fluid at the inlet of the compression device 3. Indeed, an increase in the speed of rotation of the compression device 3 causes the pressure at its inlet to decrease. In order to avoid the risk of sucking air into the circuit, the inlet pressure is maintained at a value higher than the value of the ambient atmospheric pressure.
  • the minimum admissible value of the pressure at the inlet of the compressor 3 is for example 1.2 bar. When the minimum pressure threshold is reached, the rotation speed of the compressor is maintained at its current value and no longer increases.
  • control process may include the step:
  • the control method includes the step: v2 - If the temperature T_22 of the heat transfer liquid at the inlet of the second heat exchanger 22 is higher than the second predetermined temperature threshold T2, generate a higher internal air flow rate Fi at a second predetermined throughput threshold Q2.
  • This step is illustrated in figure 8, after the instant t1 when the temperature T_22 becomes higher than the second threshold T2.
  • the second predetermined threshold Q2 is for example 100 kg/h.
  • the temperature of the heat transfer liquid then being sufficiently high, the air in contact with the second heat exchanger 22 can be heated effectively. It is then possible to blow air onto the second exchanger 22 so as to supply the passenger compartment of the vehicle with heated air.
  • the step of generating an interior air flow rate Fi includes a sub-step of activating a fan motor assembly 5 configured to circulate an air flow.
  • the control method includes the step: vii - If the temperature T_22 of the coolant at the inlet of the second heat exchanger 22 is greater than the second predetermined temperature threshold T2, control a rotational speed N of the compression device 3 so as to regulate a temperature T_22 of the heat transfer liquid at the inlet of the second heat exchanger 22 to a set value T_co.
  • the control of the rotation speed of the compression device 3 can for example be carried out by a regulator of the proportional, integral, derivative type using as input variable the difference between the actual temperature of the heat transfer liquid at the input of the second heat exchanger of heat 22 and its setpoint T_co.
  • the control carried out is illustrated schematically in Figure 9.
  • the control method comprising the steps: viii - Receive a setpoint value T_co of the temperature of the coolant liquid at the inlet of the second heat exchanger 22, viii-1 - Determine a temperature T_22 of the coolant liquid at the inlet of the second exchanger temperature 22, viii-2 - Determine a difference d between the determined temperature T_22 of the coolant liquid at the inlet of the second heat exchanger 22 and the set value T_co of the temperature of the coolant liquid at the inlet of the second heat exchanger 22, viii -3 - If the determined difference d is less than 0, increase the rotation speed N of the compression device 3.
  • the control method includes the step: viii-4 - If the determined difference d is greater than 0 and less than a predetermined maximum value E1, reduce a speed of rotation N of the compression device 3.
  • the control process includes the step:
  • the control process includes the step:
  • a temperature of the refrigerant fluid at the inlet of the first heat exchanger 21 is less than -15° C. during step i of circulation of refrigerant fluid in the first heat exchanger. heat 21 .
  • This value allows efficient heat transfer in the first heat exchanger 21 , and therefore efficient energy recovery.
  • a temperature value clearly below 0° C. can be chosen, since the heat transfer liquid in contact with the first heat exchanger 21 presents no risk of freezing.
  • the flow rate of heat transfer liquid in the second heat exchanger 22 is equal to the flow rate of heat transfer liquid in the two-fluid exchanger 4 during step iii of circulation of the heat transfer liquid heated in the second heat exchanger 22.
  • the thermal conditioning system 100 comprises: a second expansion device 32, a third heat exchanger 23 configured to exchange heat with an external air flow Fe , the third heat exchanger 23 being configured to operate at least as an evaporator, a flow of refrigerant fluid circulates in the third heat exchanger 23 during step i of circulation of refrigerant fluid in the first heat exchanger 21 .
  • the third heat exchanger 23 also participates in the heat exchanges of the thermal conditioning system and contributes to supplying the heat performing the heating of the passenger compartment of the vehicle.
  • This operating phase can be applied when the outside temperature does not risk causing icing of the third heat exchanger.
  • This operating phase can also be applied temporarily, even when the third exchanger risks freezing up. In this case, the duration of application of this operating phase is sufficiently short so that the accumulation of ice does not have time to occur.
  • the coolant circuit 1 comprises a main circulation loop 40, the main loop 40 comprising the two-fluid exchanger 4 and the second heat exchanger 22.
  • the auxiliary loop 10 of heat transfer liquid can be selectively placed in communication with the main loop 40 of heat transfer liquid. In other words, according to certain modes of operation, the auxiliary loop 10 and the main loop 40 are connected. Under these conditions, the heat transfer liquid of the auxiliary loop 10 mixes with the heat transfer liquid of the main loop 40 of heat transfer liquid.
  • the main loop 40 of heat transfer liquid 1 comprises a pump 9 configured to circulate the heat transfer liquid.
  • the auxiliary heat transfer liquid loop 10 also comprises a pump, not shown, configured to circulate the heat transfer liquid.
  • the coolant circuit 1 comprises a first branch 41 connecting a first connection point 51 arranged on the main loop 40 to a second connection point 52 arranged on the auxiliary loop 10.
  • the coolant circuit 1 comprises a second branch 42 connecting a third connection point 53 placed on the main loop 40 to a fourth connection point 54 placed on the auxiliary loop 10.
  • the first branch 41 and the second branch 42 allow communication between the main loop 40 of heat transfer liquid and the auxiliary loop 10 of heat transfer liquid.
  • the coolant circuit 1 comprises a third branch 43 connecting a fifth connection point 55 disposed on the main loop 40 to a fifth heat exchanger 25.
  • the coolant circuit 1 comprises a fourth branch 44 connecting the fifth exchanger heat exchanger 25 to a sixth connection point 56 disposed on the main loop 40.
  • the fifth heat exchanger 25 is configured to exchange heat with the outside air flow Fe.
  • the third branch 43 and the fourth branch 44 make it possible to put the main loop 40 of heat transfer liquid and the fifth heat exchanger 25 in communication.
  • the heat transfer liquid can be cooled by the flow of outside air Fe by circulating in the fifth heat exchanger.
  • the coolant circuit 1 also comprises a fifth branch 45 which connects the inlet and the outlet of the element 30.
  • the fifth branch 45 is a bypass branch allowing the coolant from the outlet 21 d of the first heat exchanger to join the fourth connection point 54 without passing through the element 30, therefore without carrying out a heat exchange with the element 30.
  • FIG. 1 describes a first embodiment of the thermal conditioning system 100.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a refrigerant circuit 2 comprising
  • a main loop A comprising successively, according to the direction of travel of the refrigerant fluid: a compression device 3, a two-fluid exchanger 4, a first expansion device 31, a first heat exchanger 21, the two-fluid exchanger 4 and the first heat exchanger 21 being arranged jointly on the refrigerant circuit 2 and on the heat transfer liquid circuit 1 so as to allow heat exchange between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, the first exchanger of heat 21 being configured to be thermally coupled with an element 30 of an electric traction chain of the vehicle,
  • first bypass branch B connecting a first connection point 11 arranged on the main loop A downstream of the two-fluid exchanger 4 and upstream of the first expansion device 31 to a second connection point 12 arranged on the main loop A downstream of the first heat exchanger 21 and upstream of the compression device 3,
  • the first bypass branch B comprising a second expansion device 32 and a third heat exchanger 23 configured to exchange heat with an air flow outside Fe, the third heat exchanger 23 being configured to operate at least as an evaporator
  • the second bypass branch C comprising a third expansion device 33 and a fourth heat exchanger 24 configured to exchange heat with the flow of indoor air Fi.
  • the first bypass branch B is arranged in parallel with a portion of the main loop A comprising the first expansion device 31 and the first heat exchanger 21.
  • the second bypass branch C is arranged in parallel with a portion of the main loop A comprising the first expansion device 31 and the first heat exchanger 21 .
  • the coolant circuit 1 comprises a fifth heat exchanger 25 configured to exchange heat with the outside air flow Fe.
  • the fifth heat exchanger 25 is arranged upstream of the third heat exchanger 23 in one direction flow rate of the outside air flow Fe.
  • the first bypass branch B comprises a non-return valve 36 configured to block a flow of refrigerant fluid from the second connection point 12 to the first connection point 11.
  • the second bypass branch C comprises a check valve -return 37 configured to block circulation of the refrigerant fluid from the fourth connection point 14 to the third connection point 13.
  • the non-return valve 36 prevents migration of the refrigerant fluid to the third exchanger 23 when the latter does not participate to heat exchange, that is to say when the second expansion device 32 is in the closed position.
  • the non-return valve 37 prevents migration of the coolant towards the fourth heat exchanger 24 when the third expansion device 33 is in the closed position and the fourth exchanger 24 does not participate in heat exchange.
  • the main loop A comprises a first internal exchanger 6 configured to allow heat exchange between the high-pressure refrigerant fluid downstream of the two-fluid heat exchanger 4 and upstream of the first connection point 11, and the low-pressure refrigerant fluid downstream of the second connection point 12 and upstream of the compression device 3.
  • the first internal exchanger 6 comprises a first heat exchange section 6a arranged on the main loop A downstream of the two-fluid exchanger 4 and upstream of the first connection point 1 1 .
  • the first internal exchanger 6 comprises a second heat exchange section 6b arranged on the main loop A downstream of the second connection point 12 and upstream of the compression device 3.
  • the first internal exchanger 6 is configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid in the first heat exchange section 6a and the refrigerant fluid in the second heat exchange section 6b.
  • the main loop A comprises a second internal exchanger 7 configured to allow heat exchange between the high-pressure refrigerant fluid downstream of the first connection point 11 and upstream of the third connection point, and the fluid low-pressure refrigerant downstream of the fourth connection point 14 and upstream of the second connection point 12.
  • the second internal exchanger 7 comprises a first heat exchange section 7a disposed on the main loop A downstream of the first connection point 1 1 and upstream of the third connection point 13.
  • the second internal exchanger 7 comprises a second heat exchange section 7b disposed on the main loop A downstream of the fourth connection point 14 and upstream of the second connection point 12.
  • the second internal exchanger 7 is configured to allow heat exchange between the refrigerant fluid in the first heat exchange section 7a and the coolant in the second heat exchange section 7b.
  • the first internal exchanger 6 and the second internal exchanger 7 make it possible to increase the exchanges of heat and thus to increase the performance of the thermal conditioning system 100.
  • FIG. 1 illustrates a second embodiment of the thermal conditioning system 100.
  • the thermal conditioning system 100 comprises a refrigerant circuit 2 comprising:
  • a main loop A comprising successively, according to the direction of travel of the refrigerant fluid: a compression device 3, a two-fluid exchanger 4, a first expansion device 31, a first heat exchanger 21, the two-fluid exchanger 4 and the first exchanger 21 being arranged jointly on the refrigerant circuit 2 and on the heat transfer liquid circuit 1 so as to allow an exchange of heat between the refrigerant fluid and the heat transfer liquid, the first heat exchanger 21 being configured to be thermally coupled with an element 30 of an electric traction chain of a motor vehicle,
  • the first bypass branch B comprising a third expansion device 33 and a fourth heat exchanger 24 configured to exchange heat with the interior air flow Fi
  • first bypass branch B connecting a first connection point 11 disposed on the second bypass branch C downstream of the fourth heat exchanger 24 and upstream of the fourth connection point 14 to a second connection point 12 disposed on the main loop A downstream of the fourth connection point 14 and upstream of the compression device 3,
  • the first bypass branch B comprising a second expansion device 32 and a third heat exchanger 23 configured to exchange heat with a flow of outside air Fe, the third heat exchanger 23 being configured to operate at least as an evaporator.
  • the second embodiment differs from the first embodiment by the arrangement of branch branches B and C with respect to main loop A.
  • the main loop A comprises a first internal exchanger 6 arranged in the same way as for the variant of the first embodiment, illustrated in Figure 2.
  • the refrigerant circuit 2 also includes a second internal exchanger 7 configured to allow heat exchange between the high-pressure refrigerant in the main loop A downstream of the first internal exchanger 6 and upstream of the third connection point 13 and the low-pressure refrigerant fluid in the main loop A downstream of the fourth connection point 14 and upstream of the second connection point 12.
  • the main loop A comprises a coolant accumulation device 8 disposed downstream of the two-fluid exchanger 4 and upstream of the third connection point 13.
  • the main loop A comprises a coolant accumulation device 8 disposed downstream of the two-fluid exchanger 4 and upstream of the first connection point 1 1.
  • the main loop A comprises a coolant accumulation device 8 disposed downstream of the two-fluid exchanger 4 and upstream of the first internal exchanger 6.

Landscapes

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Abstract

Procédé de contrôle d'un système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile comprenant: • - Un circuit de fluide réfrigérant (2) comportant successivement : • un compresseur (3), • un échangeur bifluide (4), • un premier détendeur (31) disposé en amont d'un premier échangeur de chaleur (21) couplé thermiquement avec un élément (30) d'une chaîne de traction électrique du véhicule, • - Un circuit de liquide caloporteur (1) comportant un deuxième échangeur de chaleur (22) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d'air intérieur (Fi) à un habitacle du véhicule, le procédé comportant les étapes : • i - Déterminer une température ambiante (Tamb), • ii - Si la température ambiante (Tamb) est inférieure à un seuil de température minimale (Tmin) : • iii1 - faire circuler du fluide réfrigérant successivement dans le compresseur (3), • dans l'échangeur bifluide (4), puis dans le premier échangeur de chaleur (21), iii2 - faire circuler du liquide caloporteur dans l'échangeur bifluide (4), dans le premier échangeur de chaleur (21), et dans le deuxième échangeur de chaleur (22).

Description

PROCÉDÉ DE CONTRÔLE D’UN SYSTÈME DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE
Domaine technique
[1] La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de conditionnement thermique. De tels systèmes de conditionnement thermique peuvent notamment équiper un véhicule automobile. Ces systèmes permettent de réaliser une régulation thermique de différents organes du véhicule, tel que l’habitacle ou une batterie de stockage d’énergie électrique, dans le cas d’un véhicule à propulsion électrique. Les échanges de chaleur sont gérés principalement par la compression et la détente d’un fluide réfrigérant au sein de plusieurs échangeurs de chaleur.
Technique antérieure
[2] Les systèmes de conditionnement thermiques font couramment appel à une boucle de fluide réfrigérant et une boucle de fluide caloporteur échangeant de la chaleur avec le fluide réfrigérant. De tels systèmes sont ainsi appelés indirects. Le brevet EP2933586 B1 est un exemple d’un tel système. La boucle de fluide réfrigérant permet notamment de chauffer l’habitacle du véhicule en dissipant dans un flux d’air envoyé vers l’habitacle la chaleur provenant de la condensation du fluide réfrigérant à haute pression. Dans ce cycle thermodynamique, la vaporisation du fluide réfrigérant à basse pression est obtenue en absorbant de la chaleur d’un flux d’air externe au véhicule. Cette vaporisation du fluide réfrigérant à basse pression a lieu dans un échangeur de chaleur situé généralement en face avant du véhicule. Lorsque la température ambiante est négative, par exemple inférieure à - 10°C, il devient difficile de réaliser la vaporisation d’un débit suffisant de fluide réfrigérant pour assurer une puissance de chauffage suffisante pour assurer le confort thermique. Il est ainsi courant d’employer un chauffage électrique additionnel qui est activé lorsque la puissance extraite du flux d’air extérieur devient insuffisante. Le chauffage électrique additionnel fournit alors la puissance thermique manquante. Lorsque la température devient suffisante, le chauffage additionnel est désactivé.
[3] L’utilisation d’un tel chauffage additionnel présente l’inconvénient d’augmenter le cout du système de conditionnement thermique, ainsi que son encombrement et son poids. Il existe ainsi un besoin de fournir une méthode de chauffage permettant de chauffer l’habitacle du véhicule sans faire appel à un dispositif de chauffage additionnel.
Résumé
[4] A cette fin, la présente invention propose un procédé de contrôle d’un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile, le système de conditionnement thermique comprenant:
- Un circuit de liquide caloporteur configuré pour faire circuler un liquide caloporteur,
- Un circuit de fluide réfrigérant comportant successivement : un dispositif de compression, un échangeur bifluide, un premier dispositif de détente disposé en amont d’un premier échangeur de chaleur, l’échangeur bifluide et le premier échangeur de chaleur étant agencés conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, le circuit de liquide caloporteur comportant un deuxième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à un habitacle du véhicule, le procédé de contrôle comportant les étapes : i - déterminer une température ambiante extérieure au véhicule, ii - si la température ambiante est inférieure à un premier seuil de température prédéterminé :
1111 - faire circuler du fluide réfrigérant successivement dans le dispositif de compression, dans l’échangeur bifluide, puis dans le premier échangeur de chaleur,
1112 - conjointement à l’étape iii1 de circulation du fluide réfrigérant, faire circuler du liquide caloporteur dans l’échangeur bifluide, dans le premier échangeur de chaleur, dans le deuxième échangeur de chaleur.
[5] Le dispositif de compression fait passer le fluide réfrigérant à haute pression. Le fluide réfrigérant gazeux à haute pression se condense dans l’échangeur bifluide. La chaleur de condensation du fluide réfrigérant est transmise au liquide caloporteur circulant dans l’échangeur bifluide. Le fluide réfrigérant est ensuite détendu dans le premier dispositif de détente, et passe à basse pression. Le fluide réfrigérant à basse pression s’évapore dans le premier échangeur de chaleur, et absorbe de la chaleur du liquide caloporteur. Comme le dispositif de compression fournit du travail au fluide réfrigérant, la quantité de chaleur fournie au liquide caloporteur au niveau de l’échangeur bifluide est supérieure à la quantité de chaleur absorbée au niveau du premier échangeur de chaleur. Le liquide caloporteur est ainsi chauffé. Ce mode de fonctionnement permet ainsi de chauffer le liquide caloporteur en vue de chauffer l’habitacle du véhicule, sans faire appel à un chauffage additionnel par exemple électrique, et sans risquer de givrer un évaporateur situé en face avant lorsque la température ambiante est proche de 0°C. Un chauffage de l’habitacle peut ainsi être réalisé même à basse température, sans faire appel à un chauffage additionnel. Le cout et l’encombrement du système de conditionnement thermique peut ainsi être diminué.
[6] Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
[7] Le premier échangeur de chaleur est configuré pour être couplé thermiquement avec un élément d’une chaine de traction électrique du véhicule.
[8] Le circuit de liquide caloporteur est configuré de sorte que selon au moins un mode de fonctionnement du système de conditionnement thermique, l’échangeur bifluide, le deuxième échangeur de chaleur et le premier échangeur de chaleur sont connectés en série.
[9] L’élément de la chaine de traction électrique du véhicule est configuré pour échanger de la chaleur avec le liquide caloporteur.
[10] Le premier échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec le liquide caloporteur.
[11] Selon au moins un mode de fonctionnement, une portion de circuit de liquide caloporteur comprenant le premier échangeur de chaleur communique avec une portion de circuit de liquide caloporteur comprenant l’élément de la chaine de traction. [12] Un couplage thermique est ainsi réalisé entre le premier échangeur de chaleur et l’élément de la chaine de traction.
[13] Le circuit de liquide caloporteur est configuré de sorte que selon au moins un mode de fonctionnement du système de conditionnement thermique, l’échangeur bifluide, le deuxième échangeur de chaleur, le premier échangeur de chaleur et l’élément de la chaine de traction sont connectés en série.
[14] Selon un exemple de mise en oeuvre, l’élément de la chaine de traction électrique du véhicule comprend un moteur électrique de traction du véhicule.
[15] En variante ou de manière complémentaire, l’élément de la chaine de traction électrique du véhicule comprend un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule.
[16] En variante ou de manière complémentaire, l’élément de la chaine de traction électrique du véhicule comprend une batterie de stockage d’énergie électrique.
[17] Selon un mode de réalisation du procédé de contrôle, pendant l’étape iii1 de circulation de fluide réfrigérant un débit massique de fluide réfrigérant dans l’échangeur bifluide est égal à un débit massique de fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur.
[18] Selon un exemple de mise en oeuvre, le procédé de contrôle comporte l’étape : iv- Déterminer une température du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur.
[19] Le procédé de contrôle comporte l’étape : v1 - Si la température du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur est inférieure ou égale à un deuxième seuil de température prédéterminé, maintenir un débit de flux d’air intérieur au-dessous d’un premier seuil de débit prédéterminé.
[20] Le premier seuil de débit prédéterminé est par exemple inférieur à 50 kg/h.
[21] En variante ou en complément, le procédé de contrôle peut comporter l’étape : - Si la température du liquide caloporteur en sortie de l’échangeur bifluide est inférieure à une température minimale prédéterminée, interdire une circulation de liquide caloporteur dans le deuxième échangeur de chaleur. [22] Le procédé de contrôle comporte l’étape : vi- Si la température du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur est inférieure ou égale au deuxième seuil de température prédéterminé, augmenter un régime de rotation du dispositif de compression jusqu’à une valeur maximale prédéterminée.
[23] L’augmentation du régime de rotation du dispositif de compression permet d’augmenter le débit de fluide réfrigérant dans le circuit et ainsi la puissance thermique fournie.
[24] La valeur maximale prédéterminée du régime de rotation du dispositif de compression dépend d’une vitesse d’avancement du véhicule.
[25] Lorsque le véhicule est arrêté, le bruit émis par le dispositif de compression est plus facilement audible par les occupants du véhicule que lorsque le véhicule roule. En effet, le bruit ambiant est plus élevé lorsque le véhicule roule.
[26] La valeur maximale prédéterminée dépend d’une pression du fluide réfrigérant en entrée du dispositif de compression.
[27] Le procédé de contrôle peut comporter l’étape :
- Si la température du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur est inférieure ou égale au deuxième seuil de température prédéterminé, diminuer une section efficace de passage du premier dispositif de détente de façon à augmenter un taux de compression du fluide réfrigérant entre une entrée et une sortie du dispositif de compression.
[28] En diminuant la section de passage du premier dispositif de détente, le rapport des pressions du cycle thermodynamique augmente. Autrement dit, le rapport entre la pression de sortie et la pression d’entrée du dispositif de compression augmente. La puissance thermique fournie augmente.
[29] Le procédé de contrôle comporte l’étape : v2- Si la température du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur est supérieure au deuxième seuil de température prédéterminé, générer un débit de flux d’air intérieur supérieur à un deuxième seuil de débit prédéterminé.
[30] Le deuxième seuil prédéterminé est par exemple 100 kg/h. [31] Lorsque la température du liquide caloporteur est suffisamment élevée, l’air au contact du deuxième échangeur de chaleur peut être chauffé efficacement. Il est alors possible de souffler de l’air sur le deuxième échangeur de façon à alimenter l’habitacle du véhicule en air chauffé.
[32] L’étape de génération d’un débit de flux d’air intérieur comprend une sous- étape d’activation d’un groupe moto-ventilateur configuré pour faire circuler un flux d’air.
[33] Le procédé de contrôle comporte l’étape : vii- Si la température du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur est supérieure au deuxième seuil de température prédéterminé, contrôler un régime de rotation du dispositif de compression de façon à réguler une température du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur à une valeur de consigne.
[34] Le contrôle du régime de rotation du dispositif de compression peut par exemple être réalisé par un régulateur de type proportionnel, intégral, dérivé utilisant l’écart entre la température réelle du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur et sa valeur de consigne.
[35] Le procédé de contrôle comporte les étapes : viii- Recevoir une valeur de consigne de la température du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur, viii-1 - Déterminer une température du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur, viii-2 - Déterminer une différence entre la température déterminée du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur et la valeur de consigne de la température du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur, viii-3 - Si la différence déterminée est inférieure à 0, augmenter un régime de rotation du dispositif de compression.
[36] Le procédé de contrôle comporte l’étape : viii-4 - Si la différence déterminée est supérieure à 0 et inférieure à une valeur maximale prédéterminée, réduire un régime de rotation du dispositif de compression. [37] Le procédé de contrôle comporte l’étape :
- Si la différence déterminée est supérieure à 0 et supérieure à la valeur maximale prédéterminée, désactiver le dispositif de compression.
[38] Le procédé de contrôle comporte l’étape :
- Si le dispositif de compression est désactivé et si la différence déterminée est supérieure à 0 et inférieure à une valeur minimale prédéterminée, réactiver le dispositif de compression.
[39] Selon un exemple de mise en oeuvre du procédé de contrôle, une température du fluide réfrigérant en entrée du premier échangeur de chaleur est inférieure à - 15°C pendant l’étape i de circulation de fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur.
[40] Selon un exemple de mise en oeuvre du procédé de contrôle, le débit de liquide caloporteur dans le deuxième échangeur de chaleur est égal au débit de liquide caloporteur dans l’échangeur bifluide pendant l’étape iii de circulation du liquide caloporteur chauffé dans le deuxième échangeur de chaleur.
[41] Selon une variante de réalisation du procédé de contrôle, dans lequel le système de conditionnement thermique comprend en outre : un deuxième dispositif de détente, un troisième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur, le troisième échangeur de chaleur étant configuré pour fonctionner au moins en évaporateur, un débit de fluide réfrigérant circule dans le troisième échangeur de chaleur pendant l’étape i de circulation de fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur.
[42] L’ invention se rapporte également à un système de conditionnement thermique pour véhicule automobile, le système de conditionnement thermique comprenant:
- Un circuit de liquide caloporteur configuré pour faire circuler un liquide caloporteur,
- Un circuit de fluide réfrigérant comportant successivement : un dispositif de compression, un échangeur bifluide, un premier dispositif de détente disposé en amont d’un premier échangeur de chaleur, l’échangeur bifluide et le premier échangeur de chaleur étant agencés conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, le circuit de liquide caloporteur comportant un deuxième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à un habitacle d’un véhicule automobile,
- Une unité électronique de contrôle configurée pour mettre en oeuvre le procédé de contrôle tel que décrit précédemment.
[43] L’ élément de la chaine de traction électrique du véhicule est configuré pour échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans une boucle auxiliaire de liquide caloporteur. Le premier échangeur de chaleur est configuré pour échanger de la chaleur avec le liquide caloporteur circulant dans la boucle auxiliaire de liquide caloporteur.
[44] Selon un exemple de mise en oeuvre, le système de conditionnement thermique comprend en outre : un deuxième dispositif de détente, un troisième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur, le troisième échangeur de chaleur étant configuré pour fonctionner au moins en évaporateur.
[45] Le circuit de liquide caloporteur comprend une boucle principale de circulation, la boucle principale comportant l’échangeur bifluide et le deuxième échangeur de chaleur.
[46] La boucle auxiliaire de liquide caloporteur peut être sélectivement mise en communication avec la boucle principale de liquide caloporteur.
[47] La boucle principale de liquide caloporteur comprend une pompe configurée pour faire circuler le liquide caloporteur.
[48] La boucle auxiliaire de liquide caloporteur comprend une pompe, non représentée, configurée pour faire circuler le liquide caloporteur. [49] Le circuit de liquide caloporteur comprend une première branche reliant un premier point de connexion disposé sur la boucle principale à un deuxième point de connexion disposé sur la boucle auxiliaire.
[50] Le circuit de liquide caloporteur comprend une deuxième branche reliant un troisième point de connexion disposé sur la boucle principale à un quatrième point de connexion disposé sur la boucle auxiliaire.
[51] Le circuit de liquide caloporteur comprend une troisième branche reliant un cinquième point de connexion disposé sur la boucle principale à un cinquième échangeur de chaleur.
[52] Le circuit de liquide caloporteur comprend une quatrième branche reliant le cinquième échangeur de chaleur à un sixième point de connexion disposé sur la boucle principale.
[53] Selon un premier mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comprend un circuit de fluide réfrigérant comportant
- une boucle principale comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant : un dispositif de compression, un échangeur bifluide, un premier dispositif de détente, un premier échangeur de chaleur, l’échangeur bifluide et le premier échangeur de chaleur étant agencés conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, le premier échangeur de chaleur étant configuré pour être couplé thermiquement avec un élément d’une chaine de traction électrique du véhicule,
- une première branche de dérivation reliant un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval de l’échangeur bifluide et en amont du premier dispositif de détente à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du dispositif de compression, la première branche de dérivation comprenant un deuxième dispositif de détente et un troisième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur, le troisième échangeur de chaleur étant configuré pour fonctionner au moins en évaporateur,
- une deuxième branche de dérivation reliant un troisième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier point de raccordement et en amont du premier dispositif de détente à un quatrième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du deuxième point de raccordement, la deuxième branche de dérivation comprenant un troisième dispositif de détente et un quatrième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air intérieur.
[54] Le circuit de liquide caloporteur comprend un cinquième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur.
[55] Le cinquième échangeur de chaleur est disposé en amont du troisième échangeur de chaleur selon un sens d’écoulement du flux d’air extérieur.
[56] Selon une variante de réalisation, la boucle principale comporte un premier échangeur interne configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en aval de l’échangeur bifluide et en amont du premier point de raccordement, et le fluide réfrigérant à basse pression en aval du deuxième point de raccordement et en amont du dispositif de compression.
[57] Selon une variante de réalisation, la boucle principale comporte un deuxième échangeur interne configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en aval du premier point de raccordement et en amont du troisième point de raccordement, et le fluide réfrigérant à basse pression en aval du quatrième point de raccordement et en amont du deuxième point de raccordement.
[58] Le premier échangeur interne et le deuxième échangeur interne permettent d’augmenter les échanges de chaleur et ainsi d’augmenter les performances du système de conditionnement thermique.
[59] Selon un deuxième mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comprend un circuit de fluide réfrigérant comportant
- une boucle principale comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant : un dispositif de compression, un échangeur bifluide, un premier dispositif de détente, un premier échangeur de chaleur, l’échangeur bifluide et le premier échangeur de chaleur étant agencés conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant et sur le circuit de liquide caloporteur de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, le premier échangeur de chaleur étant configuré pour être couplé thermiquement avec un élément d’une chaine de traction électrique d’un véhicule automobile,
- une deuxième branche de dérivation reliant un troisième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval de l’échangeur bifluide et en amont du premier dispositif de détente à un quatrième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur de chaleur et en amont du dispositif de compression, la première branche de dérivation comprenant un troisième dispositif de détente et un quatrième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air intérieur,
- une première branche de dérivation reliant un premier point de raccordement disposé sur la deuxième branche de dérivation en aval du quatrième échangeur de chaleur et en amont du quatrième point de raccordement à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du quatrième point de raccordement et en amont du dispositif de compression, la première branche de dérivation comprenant un deuxième dispositif de détente et un troisième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur, le troisième échangeur de chaleur étant configuré pour fonctionner au moins en évaporateur.
[60] Selon une variante de réalisation, le circuit de fluide réfrigérant comporte un deuxième échangeur interne configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression dans la boucle principale en aval du premier échangeur interne et en amont du troisième point de raccordement et le fluide réfrigérant à basse pression dans la boucle principale en aval du quatrième point de raccordement et en amont du deuxième point de raccordement. [61] Selon un aspect du système de conditionnement thermique, la boucle principale comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant disposé en aval de l’échangeur bifluide et en amont du troisième point de raccordement.
[62] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle principale comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant disposé en aval de l’échangeur bifluide et en amont du premier point de raccordement.
[63] Selon un mode de réalisation du système de conditionnement thermique, la boucle principale comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant disposé en aval de l’échangeur bifluide et en amont du premier échangeur interne.
Brève description des dessins
[64] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
[65] [Fig. 1 ] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un premier mode de réalisation de l’invention, dans lequel le procédé de contrôle selon l’invention est mis en oeuvre,
[66] [Fig. 2] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon une variante du premier mode de réalisation de l’invention,
[67] [Fig. 3] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
[68] [Fig. 4] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique selon une variante du deuxième mode de réalisation de l’invention,
[69] [Fig. 5] est une vue schématique du système de conditionnement thermique selon le premier mode de réalisation lorsque le procédé selon l’invention est mis en oeuvre,
[70] [Fig. 6] est une vue schématique de côté d’un véhicule équipé d’un système de conditionnement thermique selon les figures 1 à 5,
[71] [Fig. 7] est un schéma-bloc illustrant différentes étapes du procédé selon l’invention, [72] [Fig. 8] est une courbe d’évolution temporelle de plusieurs paramètres du procédé selon d’invention,
[73] [Fig. 9] est une courbe d’évolution temporelle de plusieurs autres paramètres du procédé.
Description des modes de réalisation
[74] Afin de faciliter la lecture des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Certains éléments ou paramètres peuvent être indexés, c'est-à-dire désignés par exemple par premier élément ou deuxième élément, ou encore premier paramètre et second paramètre, etc. Cette indexation a pour but de différencier des éléments ou paramètres similaires, mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément, ou paramètre par rapport à un autre et on peut interchanger les dénominations.
[75] Dans la description qui suit, le terme " un premier élément en amont d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé avant le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, d'un fluide. De manière analogue, le terme " un premier élément en aval d'un deuxième élément " signifie que le premier élément est placé après le deuxième élément par rapport au sens de circulation, ou de parcours, du fluide considéré. Dans le cas du circuit de fluide réfrigérant, le terme « un premier élément est en amont d’un deuxième élément >> signifie que le fluide réfrigérant parcourt successivement le premier élément, puis le deuxième élément, sans passer par le dispositif de compression. Autrement dit, le fluide réfrigérant sort du dispositif de compression, traverse éventuellement ou plusieurs éléments, puis traverse le premier élément, puis le deuxième élément, puis regagne le dispositif de compression, éventuellement après avoir traversé d’autres éléments.
[76] Le terme « un deuxième élément est placé entre un premier élément et un troisième élément >> signifie que le plus court trajet pour passer du premier élément au troisième élément passe par le deuxième élément.
[77] Quand il est précisé qu'un sous-système comporte un élément donné, cela n'exclut pas la présence d'autres éléments dans ce sous-système. [78] Dans le système de conditionnement thermique 100 décrit, une unité électronique de contrôle 50 reçoit des informations de différents capteurs, non représentés, mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant en divers points du circuit. L’unité électronique de contrôle 50 reçoit également des consignes émises par les occupants du véhicule, comme par exemple la température souhaitée à l’intérieur de l’habitacle. L’unité électronique de contrôle met en oeuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du système de conditionnement thermique 100 de façon à assurer les consignes reçues. L’unité électronique de contrôle 50 met notamment en oeuvre le procédé selon l’invention.
[79] Chacun des dispositifs de détente employés peut être un détendeur électronique, un détendeur thermostatique, ou un orifice calibré. Dans le cas d’un détendeur électronique, la section de passage permettant de faire passer le fluide réfrigérant peut être ajustée de manière continue entre une position de fermeture et une position d’ouverture maximale. Pour cela, l’unité de contrôle du système pilote un moteur électrique qui déplace un obturateur mobile contrôlant la section de passage offerte au fluide réfrigérant.
[80] Le dispositif de compression 3 peut être un compresseur électrique, c'est-à- dire un compresseur dont les pièces mobiles sont entraînées par un moteur électrique. Le dispositif de compression 3 comporte un côté aspiration du fluide réfrigérant à basse pression, encore appelé entrée 3a du dispositif de compression, et un côté refoulement du fluide réfrigérant à haute pression, encore appelé sortie 3b du dispositif de compression 3. Les pièces mobiles internes du compresseur 3 font passer le fluide réfrigérant d’une basse pression côté entrée 3a à une haute pression côté sortie 3b. Le travail de compression et de refoulement est assuré grâce l’énergie fournie par le moteur électrique. Après détente dans un ou plusieurs dispositifs de détente, le fluide réfrigérant revient à l’entrée 3a du compresseur 3 et recommence un nouveau cycle thermodynamique.
[81] Le circuit de fluide réfrigérant 2 forme un circuit fermé dans lequel peut circuler le fluide réfrigérant. Le circuit de fluide réfrigérant 2 est étanche lorsque celui-ci est dans un état nominal de fonctionnement, c’est-à-dire sans défaut ou fuite. Chaque point de raccordement du circuit 2 permet au fluide réfrigérant de passer dans l’une ou l’autre des portions de circuit se rejoignant à ce point de raccordement. La répartition du fluide réfrigérant entre les portions de circuit se rejoignant en un point de raccordement se fait en jouant sur l’ouverture ou la fermeture de vannes d’arrêt, clapets anti-retour ou dispositif de détente compris sur chacune des branches. Autrement dit, chaque point de raccordement est un moyen de redirection du fluide réfrigérant arrivant à ce point de raccordement. Ces vannes d’arrêt et clapets antiretour permettent ainsi de diriger sélectivement le fluide réfrigérant dans les différentes branches du circuit de réfrigérant, afin d’assurer différents modes de fonctionnement, comme il sera décrit ultérieurement.
[82] Le fluide réfrigérant utilisé par le circuit de fluide réfrigérant 2 est ici un fluide chimique tel que le R1234yf. D’autres fluides réfrigérants peuvent aussi être employés, comme par exemple le R134a ou encore le R744.
[83] On entend par flux d’air intérieur Fi un flux d’air à destination de l’habitacle du véhicule automobile. Ce flux d’air intérieur peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, désignée fréquemment par le terme Anglais « HVAC », pour « Heating, Ventilating and Air Conditioning >>. Cette installation n’a pas été représentée sur les différentes figures.
[84] On entend par flux d’air extérieur Fe un flux d’air qui n’est pas à destination de l’habitacle du véhicule. Autrement dit, ce flux d’air Fe reste à l’extérieur de l’habitacle du véhicule. Un groupe moto-ventilateur 35 peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air extérieur Fe. Le débit d’air assuré par le groupe moto-ventilateur 35 peut être ajusté par exemple par l’unité électronique de contrôle 50 du système de conditionnement thermique 100.
[85] On a représenté sur la figure 1 un système de conditionnement thermique 100 pour véhicule automobile, le système de conditionnement thermique 100 comprenant:
- Un circuit de liquide caloporteur 1 configuré pour faire circuler un liquide caloporteur,
- Un circuit de fluide réfrigérant 2 comportant successivement : un dispositif de compression 3, un échangeur bifluide 4, un premier dispositif de détente 31 disposé en amont d’un premier échangeur de chaleur 21 , l’échangeur bifluide 4 et le premier échangeur de chaleur 21 étant agencés conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant 2 et sur le circuit de liquide caloporteur 1 de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, le circuit de liquide caloporteur 1 comportant un deuxième échangeur de chaleur 22 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à un habitacle du véhicule automobile,
- Une unité électronique de contrôle 50 configurée pour mettre en oeuvre le procédé de contrôle selon l’invention.
[86] Le premier échangeur de chaleur 21 est agencé conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant 2 et sur le circuit de liquide caloporteur 1 de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur. Le premier échangeur de chaleur 21 comprend une entrée 21 a et une sortie 21 b de fluide réfrigérant, ainsi qu’une entrée 21 c et une sortie 21 d de liquide caloporteur. Le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur peuvent échanger de la chaleur lors de leur passage dans le premier échangeur de chaleur 21. Autrement dit, le premier échangeur de chaleur 21 est un deuxième échangeur bifluide. Le premier échangeur de chaleur 21 est par exemple un échangeur à plaques. Le liquide caloporteur est par exemple un mélange d’eau et de glycol, avec une température de solidification inférieure à -30°C.
[87] Le premier échangeur de chaleur 21 est configuré pour être couplé thermiquement avec un élément 30 d’une chaine de traction électrique d’un véhicule automobile. L’élément 30 de la chaine de traction électrique du véhicule est configuré pour échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans une boucle auxiliaire 10 de liquide caloporteur. Le premier échangeur de chaleur 21 est configuré pour échanger de la chaleur avec le liquide caloporteur circulant dans la boucle auxiliaire 10 de liquide caloporteur. Le liquide caloporteur assure ainsi un couplage thermique entre le premier échangeur de chaleur 21 et l’élément 30. Lorsque l’élément 30 de la chaine de traction dissipe de la chaleur, en raison de son fonctionnement, celle-ci peut être récupérée au moins en partie. [88] L’ élément 30 de la chaîne de traction électrique du véhicule comprend par exemple un moteur électrique de traction du véhicule. En variante ou en complément, l’élément 30 de la chaîne de traction électrique du véhicule comprend un module électronique de pilotage d’un moteur électrique de traction du véhicule. En variante ou de manière complémentaire, l’élément 30 de la chaîne de traction électrique du véhicule peut aussi comprendre une batterie de stockage d’énergie électrique.
[89] L’ élément 30 de la chaîne de traction électrique du véhicule est configuré pour échanger de la chaleur avec le liquide caloporteur. Pour cela, le liquide caloporteur peut circuler dans un carter de l’élément 30 de la chaîne de traction électrique comprenant une entrée et une sortie de liquide réfrigérant. Le carter forme un conduit de circulation de liquide caloporteur entre l’entrée et la sortie. Un échange de chaleur entre l’élément 30 et le liquide caloporteur peut ainsi être réalisé.
[90] Le premier échangeur de chaleur 21 est configuré pour échanger de la chaleur avec le liquide caloporteur. A cette fin, selon au moins un mode de fonctionnement du système de conditionnement thermique 100, une portion de circuit de liquide caloporteur 1 comprenant le premier échangeur de chaleur 21 communique avec une portion de circuit de liquide caloporteur 1 comprenant l’élément de la chaine de traction 30. Un couplage thermique est ainsi réalisé entre le premier échangeur de chaleur 21 et l’élément 30 de la chaine de traction.
[91] Sur l’exemple illustré sur les figures 1 à 5, le système de conditionnement thermique 100 comprend en outre : un deuxième dispositif de détente 32, un troisième échangeur de chaleur 23 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur Fe, le troisième échangeur de chaleur 23 étant configuré pour fonctionner au moins en évaporateur.
[92] Le deuxième dispositif de détente 32 est disposé en amont du troisième échangeur de chaleur 23. Le deuxième dispositif de détente 32 permet de régler la pression du fluide réfrigérant en entrée du troisième échangeur de chaleur 23. La figure 6 décrit schématiquement l’emplacement dans le véhicule des échangeurs de chaleur interagissant avec le flux d’air extérieur Fe ou le flux d’intérieur Fi. [93] Le système de conditionnement thermique 100 comprend un troisième échangeur de chaleur 23 permettant au système de conditionnement thermique 100 de fonctionner selon un mode de fonctionnement dit pompe à chaleur. Dans ce mode de fonctionnement, la chaleur nécessaire à l’évaporation du fluide réfrigérant est prélevée d’un flux d’air extérieur Fe. Le mode pompe à chaleur peut notamment être utilisé lorsque la température ambiante est suffisamment élevée pour qu’il n’y ait pas de risque de givrage de la vapeur d’eau contenue dans le flux d’air extérieur Fe.
[94] Lorsque la température ambiante est proche de 0°C, le mode pompe à chaleur peut devenir inutilisable. En effet, l’évaporation du fluide réfrigérant est réalisée à une température inférieure à la température du flux d’air extérieur, qui est sensiblement égale à la température ambiante. L’évaporation a ainsi lieu à une température négative. La vapeur d’eau contenue dans l’air ambiant peut ainsi se transformer en glace et s’accumuler sur la surface du troisième échangeur de chaleur 23. L’accumulation de glace pénalise le transfert thermique, ce qui fait que les performances thermodynamiques chutent, jusqu’à empêcher ce mode de fonctionnement. Afin de chauffer l’habitacle même par ambiance froide, il est habituel d’intégrer un dispositif de chauffage additionnel électrique dans le système de conditionnement thermique. Ce composant additionnel augmente significativement le prix de revient du système, et augmente son poids et son encombrement. Il est donc souhaitable de pouvoir assurer un chauffage de l’habitacle même par ambiance froide sans ajouter de dispositif de chauffage additionnel.
[95] La présente invention propose à cette fin un procédé de contrôle d’un système de conditionnement thermique 100 pour véhicule automobile, le système de conditionnement thermique 100 comprenant:
- Un circuit de liquide caloporteur 1 configuré pour faire circuler un liquide caloporteur,
- Un circuit de fluide réfrigérant 2 comportant successivement : un dispositif de compression 3, un échangeur bifluide 4, un premier dispositif de détente 31 disposé en amont d’un premier échangeur de chaleur 21 , l’échangeur bifluide 4 et le premier échangeur de chaleur 21 étant agencés conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant 2 et sur le circuit de liquide caloporteur 1 de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, le circuit de liquide caloporteur 1 comportant un deuxième échangeur de chaleur 22 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à un habitacle du véhicule, le procédé de contrôle comportant les étapes : i - déterminer une température ambiante Tamb extérieure au véhicule, ii - si la température ambiante Tamb est inférieure à un premier seuil de température prédéterminé T1 :
1111 - faire circuler du fluide réfrigérant successivement dans le dispositif de compression 3, dans l’échangeur bifluide 4, puis dans le premier échangeur de chaleur 21 ,
1112 - conjointement à l’étape iii1 de circulation du fluide réfrigérant, faire circuler du liquide caloporteur dans l’échangeur bifluide 4, dans le premier échangeur de chaleur 21 , dans le deuxième échangeur de chaleur 22.
[96] Le dispositif de compression 3 fait passer le fluide réfrigérant à haute pression. Le fluide réfrigérant gazeux à haute pression se condense dans l’échangeur bifluide 4. La chaleur de condensation du fluide réfrigérant est transmise au liquide caloporteur circulant dans l’échangeur bifluide 4. Le fluide réfrigérant cède chauffe ainsi le liquide caloporteur au niveau de l’échangeur bifluide 4. Le fluide réfrigérant est ensuite détendu dans le premier dispositif de détente 31 , et passe à basse pression. Le fluide réfrigérant à basse pression s’évapore dans le premier échangeur de chaleur 21 , et absorbe de la chaleur du liquide caloporteur. Comme le dispositif de compression 3 fournit du travail au fluide réfrigérant, la quantité de chaleur fournie au liquide caloporteur au niveau de l’échangeur bifluide 4 est supérieure à la quantité de chaleur absorbée au niveau du premier échangeur de chaleur 21. Le liquide caloporteur est ainsi globalement chauffé. Ce mode de fonctionnement permet ainsi de chauffer le liquide caloporteur en vue de chauffer l’habitacle du véhicule, sans faire appel à un chauffage additionnel par exemple électrique, et sans risquer de givrer un évaporateur situé en face avant lorsque la température ambiante est proche de 0°C. Un chauffage de l’habitacle peut ainsi être réalisé même à basse température, sans faire appel à un chauffage additionnel. Le cout et l’encombrement du système de conditionnement thermique peut ainsi être diminué par rapport à un système de conditionnement thermique classique. Le premier échangeur de chaleur 21 est sur l’exemple illustré configuré pour être couplé thermiquement avec un élément 30 d’une chaine de traction électrique du véhicule. Ainsi, il est possible de récupérer au moins en partie la chaleur dissipée lors du fonctionnement de l’élément 30 de la chaine de traction.
[97] La température ambiante est la température de l’air au voisinage du véhicule et à l’extérieur du véhicule. De préférence, la température ambiante est mesurée à un endroit du véhicule où la température de l’air n’est pas affectée par le fonctionnement du véhicule.
[98] Le fluide réfrigérant circulant dans l’échangeur bifluide 4 est à haute pression. Le fluide réfrigérant circulant dans le premier échangeur de chaleur 21 est à basse pression. En effet, le fluide réfrigérant à haute pression en sortie de l’échangeur bifluide 4 est détendu dans le premier dispositif de détente 31 et passe à basse pression, puis circule dans le premier échangeur de chaleur 21 .
[99] Le circuit de liquide caloporteur 1 est configuré de sorte que selon au moins un premier mode de fonctionnement du système de conditionnement thermique 100, l’échangeur bifluide 4, le deuxième échangeur de chaleur 22 et le premier échangeur de chaleur 21 sont connectés en série. Sur l’exemple représenté, le liquide caloporteur peut circuler ainsi successivement dans l’échangeur bifluide 4, dans le premier échangeur de chaleur 21 , dans le deuxième échangeur de chaleur 22. Selon une variante non représentée, le liquide caloporteur peut circuler successivement dans l’échangeur bifluide 4, dans le deuxième échangeur de chaleur 22, puis dans le premier échangeur de chaleur 21. Dans les deux cas, le liquide réfrigérant circule selon une boucle fermée dans l’échangeur bifluide 4, dans le premier échangeur de chaleur 21 , et dans le deuxième échangeur de chaleur 22.
[100] Le circuit de liquide caloporteur 1 est configuré de sorte que selon au moins un deuxième mode de fonctionnement du système de conditionnement thermique 100, l’échangeur bifluide 4, le deuxième échangeur de chaleur 22, le premier échangeur de chaleur 21 et l’élément 30 de la chaîne de traction sont connectés en série.
[101] La figure 5 schématise la circulation du fluide réfrigérant et la circulation du liquide caloporteur lorsque le procédé selon l’invention est appliqué. Sur cette figure, les portions de circuit de fluide réfrigérant 2 dans lesquelles du fluide réfrigérant circule sont représentées en traits épais. Les portions de circuit 2 dans lesquelles le fluide réfrigérant ne circulent pas sont représentées en traits pointillés. De la même manière, les portions de circuit de liquide caloporteur 1 dans lesquelles du liquide caloporteur circule sont représentées en traits épais et les portions de circuit 1 dans lesquelles le liquide caloporteur ne circule pas sont représentées en traits pointillés. Le fluide réfrigérant circule successivement dans le dispositif de compression 3, dans l’échangeur bifluide 4, dans le premier échangeur de chaleur 21 , puis revient au dispositif de compression 3. Le liquide caloporteur circule successivement dans l’échangeur bifluide 4, dans le deuxième échangeur de chaleur 22, dans le premier échangeur de chaleur 1 , dans l’élément 30 de la chaine de traction, et regagne l’échangeur bifluide 4.
[102] Selon un mode de réalisation du procédé de contrôle, pendant l’étape iii1 de circulation de fluide réfrigérant un débit massique de fluide réfrigérant dans l’échangeur bifluide 4 est égal à un débit massique de fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur 21. En d’autres termes, tout le débit de fluide réfrigérant sortant de l’échangeur bifluide 4 rejoint et traverse le premier échangeur de chaleur 21. Les autres branches du circuit de fluide réfrigérant 2, et les échangeurs de chaleur qui y sont disposés, ne sont pas parcourus par un débit de fluide réfrigérant.
[103] Le procédé de contrôle comporte l’étape : iv - Déterminer une température T_22 du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur 22, v1 - Si la température T_22 du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur 22 est inférieure ou égale à un deuxième seuil de température prédéterminé T2, maintenir un débit Q_Fi de flux d’air intérieur au-dessous d’un premier seuil de débit prédéterminé Q1 . [104] Le premier seuil de débit prédéterminé Q1 est par exemple inférieur à 50 kg/h. Le débit Q_Fi d’air intérieur Fi est ainsi maintenu à une valeur très faible de façon à ce que l’échange de chaleur au niveau du deuxième échangeur de chaleur 22 soit négligeable. En effet, pendant cette phase de fonctionnement, la température du liquide caloporteur est trop faible pour chauffer efficacement le flux d’air intérieur Fi, et il n’est pas souhaitable de souffler de l’air frais sur les occupants du véhicule en raison de l’inconfort provoqué par un tel souffle frais.
[105] Un groupe moto-ventilateur 5 permet de générer un flux d’air Fi sur le deuxième échangeur de chaleur 22. Le groupe moto-ventilateur 5 est par exemple disposé en amont du deuxième échangeur de chaleur 22. Afin de limiter le débit d’air Fi sur le deuxième échangeur de chaleur 22 à une faible valeur, le groupe moto-ventilateur est maintenu inactif, c’est-à-dire non commandé. De manière complémentaire, un volet mobile peut être contrôlé de façon à bloquer une circulation d’air sur le deuxième échangeur de chaleur 22. Sur les figures, le volet n’a pas été représenté.
[106] Sur la figure 8, la courbe 60 schématise l’évolution du débit Q_Fi du flux d’air intérieur Fi en fonction du temps. La courbe 61 schématise l’évolution de la température T_22 du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur 22. De l’instant initial jusqu’à l’instant t1 , le débit d’air Q_Fi est maintenu à une valeur inférieure à Q1 car la température T_22 est inférieure au seuil T2.
[107] Selon une variante non illustrée, le procédé de contrôle peut comporter l’étape :
- Si la température du liquide caloporteur en sortie de l’échangeur bifluide 4 est inférieure à une température minimale prédéterminée, interdire une circulation de liquide caloporteur dans le deuxième échangeur de chaleur 22.
[108] Le procédé de contrôle comporte l’étape : vi - Si la température T_22 du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur 22 est inférieure ou égale au deuxième seuil de température prédéterminé T2, augmenter un régime de rotation N du dispositif de compression 3 jusqu’à une valeur maximale prédéterminée Nmax. [109] L’augmentation du régime de rotation du dispositif de compression 3 permet d’augmenter le débit de fluide réfrigérant dans le circuit 2 et ainsi la puissance thermique fournie.
[110] Sur la figure 9, la courbe 63 schématise l’évolution du régime de rotation du dispositif de compression 3 en fonction du temps. La courbe 62 schématise l’évolution de la température T_22 du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur 22. Sur cet exemple, le régime maxi Nmax du compresseur 3 est atteint à l’instant t2.
[111] La valeur maximale prédéterminée Nmax du régime de rotation du dispositif de compression 3 dépend d’une vitesse d’avancement du véhicule. En effet, lorsque le véhicule est arrêté, le bruit émis par le dispositif de compression est plus facilement audible par les occupants du véhicule que lorsque le véhicule roule. Le bruit ambiant est plus élevé lorsque le véhicule roule. Le bruit généré par le fonctionnement du dispositif de compression augmente lorsque le régime de rotation augmente. Un régime de rotation plus élevé peut être accepté lorsque le bruit de fond est plus élevé.
[112] La valeur maximale prédéterminée Nmax dépend d’une pression du fluide réfrigérant en entrée du dispositif de compression 3. En effet, une augmentation du régime de rotation du dispositif de compression 3 fait diminuer la pression à son l’entrée. Afin de ne pas risquer d’aspirer de l’air dans le circuit, la pression en entrée est maintenue à une valeur supérieure à la valeur de la pression atmosphérique ambiante. La valeur minimale admissible de la pression en entrée du compresseur 3 est par exemple de 1 ,2 Bar. Lorsque le seuil minimal de pression est atteint, le régime de rotation du compresseur est maintenu à sa valeur courante et n’augmente plus.
[113] Le procédé de contrôle peut comporter l’étape :
- Si la température T_22 du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur 22 est inférieure ou égale au deuxième seuil de température prédéterminé, diminuer une section efficace de passage du premier dispositif de détente 31 de façon à augmenter un taux de compression du fluide réfrigérant entre une entrée 3a et une sortie 3b du dispositif de compression 3. [114] En diminuant la section de passage du premier dispositif de détente 31 , de façon à détendre davantage le fluide réfrigérant, le rapport entre la pression de sortie et la pression d’entrée du dispositif de compression 3 augmente. La puissance thermique fournie par le système de conditionnement thermique augmente.
[115] Le procédé de contrôle comporte l’étape : v2 - Si la température T_22 du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur 22 est supérieure au deuxième seuil de température prédéterminé T2, générer un débit de flux d’air intérieur Fi supérieur à un deuxième seuil de débit prédéterminé Q2.
[116] Cette étape est illustrée à la figure 8, après l’instant t1 où la température T_22 devient supérieure au deuxième seuil T2. Le deuxième seuil prédéterminé Q2 est par exemple 100 kg/h. La température du liquide caloporteur étant alors suffisamment élevée, l’air au contact du deuxième échangeur de chaleur 22 peut être chauffé efficacement. Il est alors possible de souffler de l’air sur le deuxième échangeur 22 de façon à alimenter l’habitacle du véhicule en air chauffé.
[117] L’étape de génération d’un débit de flux d’air intérieur Fi comprend une sous- étape d’activation d’un groupe moto-ventilateur 5 configuré pour faire circuler un flux d’air.
[118] Le procédé de contrôle comporte l’étape : vii - Si la température T_22 du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur 22 est supérieure au deuxième seuil de température prédéterminé T2, contrôler un régime de rotation N du dispositif de compression 3 de façon à réguler une température T_22 du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur 22 à une valeur de consigne T_co.
[119] Le contrôle du régime de rotation du dispositif de compression 3 peut par exemple être réalisé par un régulateur de type proportionnel, intégral, dérivé utilisant comme variable d’entrée l’écart entre la température réelle du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur 22 et sa valeur de consigne T_co. Le contrôle réalisé est illustré de manière schématique sur la figure 9. [120] Le procédé de contrôle comportant les étapes : viii - Recevoir une valeur de consigne T_co de la température du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur 22, viii-1 - Déterminer une température T_22 du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur 22, viii-2 - Déterminer une différence d entre la température déterminée T_22 du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur 22 et la valeur de consigne T_co de la température du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur 22, viii-3 - Si la différence déterminée d est inférieure à 0, augmenter un régime de rotation N du dispositif de compression 3.
[121] Ces étapes correspondent à l’intervalle de temps allant de to et t4.
[122] Le procédé de contrôle comporte l’étape : viii-4 - Si la différence déterminée d est supérieure à 0 et inférieure à une valeur maximale prédéterminée E1 , réduire un régime de rotation N du dispositif de compression 3.
[123] Si la température réelle du liquide caloporteur est supérieure à la valeur de consigne tout en étant suffisamment proche, le régime de rotation du compresseur 3 est réduit afin de limiter l’apport de chaleur au liquide caloporteur, et ainsi permettre d’atteindre la valeur de consigne de température T_co. Cette étape est visible sur la figure 9 sur l’intervalle de temps compris entre t4et ts.
[124] Le procédé de contrôle comporte l’étape :
- Si la différence déterminée d est supérieure à 0 et supérieure à la valeur maximale prédéterminée E1 , désactiver le dispositif de compression 3.
[125] Si la température réelle du liquide caloporteur est supérieure à la valeur de consigne et en est trop éloignée, le dispositif de compression cesse d’être commandé. L’apport de chaleur au liquide caloporteur est ainsi stoppé, ce qui permet à la température du liquide caloporteur de rejoindre plus rapidement la consigne. Cette étape est visible sur la figure 9 sur l’intervalle de temps compris entre ts et te. [126] Le procédé de contrôle comporte l’étape :
- Si le dispositif de compression est désactivé et si la différence déterminée d est supérieure à 0 et inférieure à une valeur minimale prédéterminée E2, réactiver le dispositif de compression 3.
[127] Une fois que le dispositif de compression cesse d’être commandé, la température du liquide caloporteur diminue. Lorsque la température devient suffisamment proche de la valeur de consigne, le fonctionnement du dispositif de compression est réactivé. La régulation du régime de rotation, tel que préalable décrite, reprend. Cette étape est visible sur la figure 9 sur l’intervalle de temps débutant après l’instant te.
[128] Selon un exemple de mise en oeuvre du procédé de contrôle, une température du fluide réfrigérant en entrée du premier échangeur de chaleur 21 est inférieure à -15°C pendant l’étape i de circulation de fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur 21 . Cette valeur permet un transfert thermique efficace dans le premier échangeur de chaleur 21 , et donc une récupération efficace d’énergie. Une valeur de température nettement inférieure à 0°C peut être choisie, puisque le liquide caloporteur en contact avec le premier échangeur de chaleur 21 ne présente pas de risque de geler.
[129] Selon un exemple de mise en oeuvre du procédé de contrôle, le débit de liquide caloporteur dans le deuxième échangeur de chaleur 22 est égal au débit de liquide caloporteur dans l’échangeur bifluide 4 pendant l’étape iii de circulation du liquide caloporteur chauffé dans le deuxième échangeur de chaleur 22.
[130] Selon une variante de réalisation du procédé de contrôle, dans lequel le système de conditionnement thermique 100 comprend : un deuxième dispositif de détente 32, un troisième échangeur de chaleur 23 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur Fe, le troisième échangeur de chaleur 23 étant configuré pour fonctionner au moins en évaporateur, un débit de fluide réfrigérant circule dans le troisième échangeur de chaleur 23 pendant l’étape i de circulation de fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur 21 . [131] Autrement dit, dans cette phase de fonctionnement, le troisième échangeur de chaleur 23 participe aussi aux échanges thermiques du système de conditionnement thermique et contribue à fournir la chaleur réalisant le chauffage de l’habitacle du véhicule. Cette phase de fonctionnement peut être appliquée lorsque la température extérieure ne risque pas de provoquer un givrage du troisième échangeur de chaleur. Cette phase de fonctionnement peut également être appliquée de manière temporaire, même lorsque le troisième échangeur risque de givrer. Dans ce cas, la durée d’application de cette phase de fonctionnement est suffisamment courte pour que l’accumulation de glace n’ait pas le temps de se produire.
[132] On décrira maintenant plus en détail le circuit de liquide caloporteur 1. Le circuit de liquide caloporteur 1 comprend une boucle principale 40 de circulation, la boucle principale 40 comportant l’échangeur bifluide 4 et le deuxième échangeur de chaleur 22.
[133] La boucle auxiliaire 10 de liquide caloporteur peut être sélectivement mise en communication avec la boucle principale 40 de liquide caloporteur. Autrement dit, selon certains modes de fonctionnement, la boucle auxiliaire 10 et la boucle principale 40 sont reliées. Dans ces conditions, le liquide caloporteur de la boucle auxiliaire 10 se mélange avec le liquide caloporteur de la boucle principale 40 de liquide caloporteur.
[134] La boucle principale 40 de liquide caloporteur 1 comprend une pompe 9 configurée pour faire circuler le liquide caloporteur. La boucle auxiliaire 10 de liquide caloporteur comprend également une pompe, non représentée, configurée pour faire circuler le liquide caloporteur.
[135] Le circuit de liquide caloporteur 1 comprend une première branche 41 reliant un premier point de connexion 51 disposé sur la boucle principale 40 à un deuxième point de connexion 52 disposé sur la boucle auxiliaire 10. Le circuit de liquide caloporteur 1 comprend une deuxième branche 42 reliant un troisième point de connexion 53 disposé sur la boucle principale 40 à un quatrième point de connexion 54 disposé sur la boucle auxiliaire 10. [136] La première branche 41 et la deuxième branche 42 permettent de mettre en communication la boucle principale 40 de liquide caloporteur et la boucle auxiliaire 10 de liquide caloporteur.
[137] Le circuit de liquide caloporteur 1 comprend une troisième branche 43 reliant un cinquième point de connexion 55 disposé sur la boucle principale 40 à un cinquième échangeur de chaleur 25. Le circuit de liquide caloporteur 1 comprend une quatrième branche 44 reliant le cinquième échangeur de chaleur 25 à un sixième point de connexion 56 disposé sur la boucle principale 40. Le cinquième échangeur de chaleur 25 est configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur Fe. La troisième branche 43 et la quatrième branche 44 permettent de mettre en communication la boucle principale 40 de liquide caloporteur et le cinquième échangeur de chaleur 25. Ainsi, dans certains modes de fonctionnement, le liquide caloporteur peut être refroidi par le flux d’air extérieur Fe en circulant dans le cinquième échangeur de chaleur.
[138] Le circuit de liquide caloporteur 1 comprend aussi une cinquième branche 45 qui relie l’entrée et la sortie de l’élément 30. Autrement dit, la cinquième branche 45 est une branche de dérivation permettant au liquide caloporteur provenant de la sortie 21 d du premier échangeur de chaleur de rejoindre le quatrième point de connexion 54 sans passer par l’élément 30, donc sans réaliser d’échange thermique avec l’élément 30. Ainsi, il est possible d’appliquer le procédé de contrôle décrit en faisant circuler du liquide caloporteur dans l’échangeur bifluide 4, dans le deuxième échangeur de chaleur 22 et dans le premier échangeur de chaleur 21 , sans passer par l’élément 30 de la chaine de traction du véhicule.
[139] La figure 1 décrit un premier mode de réalisation du système de conditionnement thermique 100. Le système de conditionnement thermique 100 comprend un circuit de fluide réfrigérant 2 comportant
- une boucle principale A comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant : un dispositif de compression 3, un échangeur bifluide 4, un premier dispositif de détente 31 , un premier échangeur de chaleur 21 , l’échangeur bifluide 4 et le premier échangeur de chaleur 21 étant agencés conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant 2 et sur le circuit de liquide caloporteur 1 de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, le premier échangeur de chaleur 21 étant configuré pour être couplé thermiquement avec un élément 30 d’une chaine de traction électrique du véhicule,
- une première branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement 1 1 disposé sur la boucle principale A en aval de l’échangeur bifluide 4 et en amont du premier dispositif de détente 31 à un deuxième point de raccordement 12 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur de chaleur 21 et en amont du dispositif de compression 3, la première branche de dérivation B comprenant un deuxième dispositif de détente 32 et un troisième échangeur de chaleur 23 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur Fe, le troisième échangeur de chaleur 23 étant configuré pour fonctionner au moins en évaporateur,
- une deuxième branche de dérivation C reliant un troisième point de raccordement 13 disposé sur la boucle principale A en aval du premier point de raccordement 1 1 et en amont du premier dispositif de détente 31 à un quatrième point de raccordement 14 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur de chaleur 21 et en amont du deuxième point de raccordement 12, la deuxième branche de dérivation C comprenant un troisième dispositif de détente 33 et un quatrième échangeur de chaleur 24 configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air intérieur Fi.
[140] La première branche de dérivation B est disposée en parallèle d’une portion de la boucle principale A comprenant le premier dispositif de détente 31 et le premier échangeur de chaleur 21. La deuxième branche de dérivation C est disposée en parallèle d’une portion de la boucle principale A comprenant le premier dispositif de détente 31 et le premier échangeur de chaleur 21 .
[141] Le circuit de liquide caloporteur 1 comprend un cinquième échangeur de chaleur 25 configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air extérieur Fe. Le cinquième échangeur de chaleur 25 est disposé en amont du troisième échangeur de chaleur 23 selon un sens d’écoulement du flux d’air extérieur Fe. [142] La première branche de dérivation B comprend un clapet anti-retour 36 configuré pour bloquer une circulation du fluide réfrigérant depuis le deuxième point de raccordement 12 vers le premier point de raccordement 1 1. La deuxième branche de dérivation C comprend un clapet anti-retour 37 configuré pour bloquer une circulation du fluide réfrigérant depuis le quatrième point de raccordement 14 vers le troisième point de raccordement 13. Le clapet anti-retour 36 empêche une migration du fluide réfrigérant vers le troisième échangeur 23 lorsque celui-ci ne participe pas aux échanges thermiques, c’est-à-dire lorsque le deuxième dispositif de détente 32 est en position fermée. De même, le clapet anti-retour 37 empêche une migration du fluide réfrigérant vers le quatrième échangeur de chaleur 24 lorsque le troisième dispositif de détente 33 est en position fermée et que le quatrième échangeur 24 ne participe pas aux échanges thermiques.
[143] Selon une variante du premier mode de réalisation du système de conditionnement thermique, illustrée sur la figure 2, la boucle principale A comporte un premier échangeur interne 6 configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en aval de l’échangeur bifluide 4 et en amont du premier point de raccordement 1 1 , et le fluide réfrigérant à basse pression en aval du deuxième point de raccordement 12 et en amont du dispositif de compression 3.
[144] Le premier échangeur interne 6 comporte une première section d’échange thermique 6a disposée sur la boucle principale A en aval de l’échangeur bifluide 4 et en amont du premier point de raccordement 1 1 . Le premier échangeur interne 6 comporte une deuxième section d’échange thermique 6b disposée sur la boucle principale A en aval du deuxième point de raccordement 12 et en amont du dispositif de compression 3. Le premier échangeur interne 6 est configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique 6a et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique 6b.
[145] Selon la variante de réalisation illustrée sur la figure 2, la boucle principale A comporte un deuxième échangeur interne 7 configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression en aval du premier point de raccordement 11 et en amont du troisième point de raccordement, et le fluide réfrigérant à basse pression en aval du quatrième point de raccordement 14 et en amont du deuxième point de raccordement 12.
[146] Le deuxième échangeur interne 7 comporte une première section d’échange thermique 7a disposée sur la boucle principale A en aval du premier point de raccordement 1 1 et en amont du troisième point de raccordement 13. Le deuxième échangeur interne 7 comporte une deuxième section d’échange thermique 7b disposée sur la boucle principale A en aval du quatrième point de raccordement 14 et en amont du deuxième point de raccordement 12. Le deuxième échangeur interne 7 est configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant dans la première section d’échange thermique 7a et le fluide réfrigérant dans la deuxième section d’échange thermique 7b.
[147] Le premier échangeur interne 6 et le deuxième échangeur interne 7 permettent d’augmenter les échanges de chaleur et ainsi d’augmenter les performances du système de conditionnement thermique 100.
[148] La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation du système de conditionnement thermique 100. Selon ce deuxième mode de réalisation, le système de conditionnement thermique 100 comprend un circuit de fluide réfrigérant 2 comportant :
- une boucle principale A comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant : un dispositif de compression 3, un échangeur bifluide 4, un premier dispositif de détente 31 , un premier échangeur de chaleur 21 , l’échangeur bifluide 4 et le premier échangeur de chaleur 21 étant agencés conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant 2 et sur le circuit de liquide caloporteur 1 de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, le premier échangeur de chaleur 21 étant configuré pour être couplé thermiquement avec un élément 30 d’une chaine de traction électrique d’un véhicule automobile,
- une deuxième branche de dérivation C reliant un troisième point de raccordement 13 disposé sur la boucle principale A en aval de l’échangeur bifluide 4 et en amont du premier dispositif de détente 31 à un quatrième point de raccordement 14 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur de chaleur 21 et en amont du dispositif de compression 3, la première branche de dérivation B comprenant un troisième dispositif de détente 33 et un quatrième échangeur de chaleur 24 configuré pour échanger de la chaleur avec le flux d’air intérieur Fi,
- une première branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement 1 1 disposé sur la deuxième branche de dérivation C en aval du quatrième échangeur de chaleur 24 et en amont du quatrième point de raccordement 14 à un deuxième point de raccordement 12 disposé sur la boucle principale A en aval du quatrième point de raccordement 14 et en amont du dispositif de compression 3, la première branche de dérivation B comprenant un deuxième dispositif de détente 32 et un troisième échangeur de chaleur 23 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur Fe, le troisième échangeur de chaleur 23 étant configuré pour fonctionner au moins en évaporateur.
[149] Autrement dit, le deuxième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation par l’agencement des branches de dérivation B et C par rapport à la boucle principale A.
[150] Selon une variante de réalisation, illustré sur la figure 4, la boucle principale A comporte un premier échangeur interne 6 disposé de la même manière que pour la variante du premier mode de réalisation, illustrée sur la figure 2.
[151] Le circuit de fluide réfrigérant 2 comporte aussi un deuxième échangeur interne 7 configuré pour permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant à haute pression dans la boucle principale A en aval du premier échangeur interne 6 et en amont du troisième point de raccordement 13 et le fluide réfrigérant à basse pression dans la boucle principale A en aval du quatrième point de raccordement 14 et en amont du deuxième point de raccordement 12.
[152] Selon le deuxième mode de réalisation ainsi que sa variante, la boucle principale A comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant 8 disposé en aval de l’échangeur bifluide 4 et en amont du troisième point de raccordement 13. [153] Selon le premier mode de réalisation ainsi que sa variante, la boucle principale A comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant 8 disposé en aval de l’échangeur bifluide 4 et en amont du premier point de raccordement 1 1 .
[154] Selon la variante du premier mode de réalisation du système de conditionnement thermique, illustrée à la figure 2, la boucle principale A comporte un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant 8 disposé en aval de l’échangeur bifluide 4 et en amont du premier échangeur interne 6.

Claims

34 Revendications
[Revendication 1] Procédé de contrôle d’un système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, le système de conditionnement thermique (100) comprenant:
- un circuit de liquide caloporteur (1 ) configuré pour faire circuler un liquide caloporteur,
- un circuit de fluide réfrigérant (2) comportant successivement : un dispositif de compression (3), un échangeur bifluide (4), un premier dispositif de détente (31 ) disposé en amont d’un premier échangeur de chaleur (21 ), l’échangeur bifluide (4) et le premier échangeur de chaleur (21 ) étant agencés conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant (2) et sur le circuit de liquide caloporteur (1 ) de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, le circuit de liquide caloporteur (1 ) comportant un deuxième échangeur de chaleur (22) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur (Fi) à un habitacle du véhicule, le procédé de contrôle comportant les étapes : i - déterminer une température ambiante (Tamb) extérieure au véhicule, ii - si la température ambiante (Tamb) est inférieure à un premier seuil de température prédéterminé (T1 ) :
1111 - faire circuler du fluide réfrigérant successivement dans le dispositif de compression (3), dans l’échangeur bifluide (4), puis dans le premier échangeur de chaleur (21 ),
1112 - conjointement à l’étape (iii1 ) de circulation du fluide réfrigérant, faire circuler du liquide caloporteur dans l’échangeur bifluide (4), dans le premier échangeur de chaleur (21 ), dans le deuxième échangeur de chaleur (22).
[Revendication 2] Procédé de contrôle selon la revendication 1 , dans lequel pendant l’étape iii1 de circulation de fluide réfrigérant un débit massique de fluide réfrigérant dans l’échangeur bifluide (4) est égal à un débit massique de fluide réfrigérant dans le premier échangeur de chaleur (21 ). 35
[Revendication 3] Procédé de contrôle selon la revendication 1 ou 2, comportant l’étape : iv - Déterminer une température (T_22) du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur (22), v1 - Si la température (T_22) du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur (22) est inférieure ou égale à un deuxième seuil de température prédéterminé (T2), maintenir un débit (Q_Fi) de flux d’air intérieur au- dessous d’un premier seuil de débit prédéterminé (Q1 ).
[Revendication 4] Procédé de contrôle selon l’une des revendications précédentes, comportant l’étape : iv - Déterminer une température (T_22) du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur (22), vi - Si la température (T_22) du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur (22) est inférieure ou égale au deuxième seuil de température prédéterminé (T2), augmenter un régime de rotation (N) du dispositif de compression (3) jusqu’à une valeur maximale prédéterminée (Nmax).
[Revendication 5] Procédé de contrôle selon la revendication 3 ou 4, comportant l’étape : iv - Déterminer une température (T_22) du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur (22), v2 - Si la température (T_22) du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur est supérieure au deuxième seuil de température prédéterminé (T2), générer un débit de flux d’air intérieur (Fi) supérieur à un deuxième seuil de débit prédéterminé (Q2).
[Revendication 6] Procédé de contrôle selon l’une des revendications 3 à 5, comportant l’étape : iv - Déterminer une température (T_22) du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur (22), vii - Si la température (T_22) du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur (22) est supérieure au deuxième seuil de température prédéterminé (T2), contrôler un régime de rotation (N) du dispositif de compression (3) de façon à réguler une température du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur (22) à une valeur de consigne (T_co).
[Revendication 7] Procédé de contrôle selon la revendication 6, comportant les étapes : viii - Recevoir une valeur de consigne (T_co) de la température du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur (22), viii-1 - Déterminer une température (T_22) du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur (22), viii-2 - Déterminer une différence (d) entre la température déterminée (T_22) du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur (22) et la valeur de consigne (T_co) de la température du liquide caloporteur en entrée du deuxième échangeur de chaleur (22), viii-3 - Si la différence déterminée (d) est inférieure à 0, augmenter un régime de rotation (N) du dispositif de compression (3).
[Revendication 8] Procédé de contrôle selon la revendication 7, comportant l’étape : viii-4 - Si la différence déterminée (d) est supérieure à 0 et inférieure à une valeur maximale prédéterminée (E1 ), réduire un régime de rotation (N) du dispositif de compression (3).
[Revendication 9] Procédé de contrôle selon la revendication 6 ou 7, comportant l’étape :
- Si la différence déterminée (d) est supérieure à 0 et supérieure à la valeur maximale prédéterminée (E1 ), désactiver le dispositif de compression (3).
[Revendication 10] Système de conditionnement thermique (100) pour véhicule automobile, le système de conditionnement thermique (100) comprenant:
- un circuit de liquide caloporteur (1 ) configuré pour faire circuler un liquide caloporteur,
- un circuit de fluide réfrigérant (2) comportant successivement : un dispositif de compression (3), un échangeur bifluide (4), un premier dispositif de détente (31 ) disposé en amont d’un premier échangeur de chaleur (21 ), l’échangeur bifluide (4) et le premier échangeur de chaleur (21 ) étant agencés conjointement sur le circuit de fluide réfrigérant (2) et sur le circuit de liquide caloporteur (1 ) de façon à permettre un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant et le liquide caloporteur, le circuit de liquide caloporteur (1 ) comportant un deuxième échangeur de chaleur (22) configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur (Fi) à un habitacle du véhicule automobile,
- une unité électronique de contrôle (50) configurée pour mettre en oeuvre le procédé de contrôle selon l’une des revendications précédentes.
[Revendication 11] Système de conditionnement thermique (100) selon la revendication précédente, dans lequel le premier échangeur de chaleur (21 ) est configuré pour être couplé thermiquement avec un élément (30) d’une chaine de traction électrique d’un véhicule automobile, l’élément (30) de la chaine de traction électrique du véhicule étant configuré pour échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans une boucle auxiliaire (10) de liquide caloporteur et le premier échangeur de chaleur (21 ) étant configuré pour échanger de la chaleur avec le liquide caloporteur circulant dans la boucle auxiliaire (10) de liquide caloporteur.
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