WO2024240711A1 - Thermal conditioning system for a motor vehicle - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the field of electrical energy management in electrically powered vehicles, as well as to the field of thermal conditioning of batteries of electric vehicles.
- the maximum power that a battery can provide when it is at low temperature is lower than its theoretical maximum power.
- the power actually supplied by the battery to the propulsion chain may be reduced compared to the nominal power.
- These heating phases are generally carried out by an on-board electric heater, which uses the energy of the battery itself to heat it. The need to heat the battery therefore penalizes the vehicle's autonomy.
- the present invention proposes a method for controlling an electrical energy management system of an electric vehicle, the electrical energy management system comprising:
- an electrical energy storage battery configured to provide electrical energy to an electric propulsion motor of the vehicle and to receive electrical energy from a charging device
- the battery charge is triggered late enough so that the heat received by the element of the drive chain during the battery charge does not have time to be dissipated into the ambient air.
- the heat released by the battery recharge thus remains stored by the element of the drive chain, and this heat can then be reused, for example for heating the vehicle interior.
- the thermal energy to be supplied during the vehicle's journey is thus minimised, which makes it possible to maximise the vehicle's energy efficiency.
- a duration between the end of activation of the charging device and the start time of the journey is less than a predetermined threshold.
- journey information is information indicating that a journey of the vehicle to a predefined destination point is planned, i.e. scheduled.
- the start time of the journey is an estimated time.
- the electrical energy management system includes a vehicle route planning device.
- the end point of the journey is defined by the vehicle's journey planning device.
- the vehicle's journey planning device can define an arrival time desired by the driver.
- the vehicle's trip planning device can set a departure time desired by the driver.
- the battery charging device control device is configured to selectively enable or disable the battery charging device.
- the charging device can be activated between an activation start time and an activation end time.
- the gap between the activation start time and the activation end time corresponds to an activation duration during which the battery is recharged, i.e. receives electrical energy.
- the predefined arrival point can be defined by an on-board vehicle guidance system. [18] The predefined arrival point can be the destination initially planned for the journey.
- the predefined arrival point can also be a charging station, in the case the planned journey is longer than the maximum autonomy of a vehicle.
- the predefined arrival point is an intermediate stage of the journey.
- Step (ii) of determining the start time of the journey may include the following sub-steps:
- the journey start time may be a departure time desired by the driver.
- the start time of the journey is an estimated time.
- Step (iv) of determining the amount of electrical energy to be supplied to the battery to reach the predefined arrival point may include the sub-steps:
- Step (vi) of determining the duration of activation of the charging device may include the sub-steps:
- Step (vii) of activating the charging device may comprise the sub-steps:
- the value of the quantity of heat to be supplied to the element of the traction chain is greater than 1000 kilojoules (kJ).
- the predetermined duration threshold between an end of activation of the charging device and the start time of the journey is between 5 minutes and 15 minutes.
- the quantity of electrical energy to be supplied to the battery is limited to a predetermined maximum value.
- the predetermined maximum value is, for example, equal to the product of a multiplicative coefficient and the value to be supplied to the battery so that the element of the traction chain receives a quantity of heat greater than the predetermined minimum value.
- the multiplicative coefficient is greater than or equal to 1.
- the multiplicative coefficient is for example 1.1.
- the battery can be charged sufficiently so that the element of the drive train receives a quantity of heat greater than a desired minimum value, while avoiding excessively charging the battery.
- This recharging strategy can be applied in particular when the energy available in the battery before the start of recharging already provides a greater autonomy to the distance of the planned journey.
- the recharging operation allows the element of the drive train to recover the thermal energy dissipated by recharging the battery, without being essential to obtain sufficient autonomy of the vehicle, since this was already sufficient.
- the recharging operation can be repeated for each journey, which optimizes the energy consumption of the vehicle on these journeys.
- the electrical energy management system comprises a device for determining available electrical energy from the battery.
- the electrical energy management system includes a control module configured to determine an electrical energy required to reach a predefined arrival point.
- the method comprises the steps:
- each recharge carried out provides little energy, so that it is always possible to trigger a recharge of the battery.
- each charge carried out must allow the user to reach the predefined arrival point, to the extent that the maximum autonomy provided by the battery allows it.
- the element of the electric drive chain of the vehicle is the electric energy storage battery of the vehicle.
- the element of the drive train that is heated by the battery charge can be the battery itself. The heat stored by the battery is thus used.
- the battery is thus both a means of storing electrical energy, and also a means of storing thermal energy.
- the battery may be thermally coupled to a heat transfer fluid.
- the battery can exchange heat with a heat transfer fluid circulating in a heat transfer fluid circuit.
- the battery charging device may be a charging station external to the vehicle, for example a high-power charging station.
- the method comprises the steps:
- the amount of heat to be supplied to the battery is determined from its actual temperature at the start of the recharging phase and from a minimum temperature allowing the battery to supply all the electrical power required for the driving conditions.
- the amount of electrical energy to be supplied to the battery during its recharging is then determined from the amount of heat required to bring the battery to the minimum temperature allowing it to supply all the electrical power required for the driving.
- the recharging phase can thus make it possible to carry out at least part of the thermal preconditioning.
- the recharging phase contributes at least in part to providing the energy required for the thermal preconditioning of the battery, which minimises the amount of electrical energy used during driving to achieve this thermal conditioning. The vehicle's energy consumption is thus minimized.
- the quantity of electrical energy to be supplied to the battery is determined from the difference between the determined minimum temperature and the determined actual temperature, and from a predetermined multiplicative coefficient.
- the predetermined multiplicative coefficient is equal to the product of the mass of the battery and a predetermined coefficient.
- the maximum electrical power is determined from the altitude variations along the journey and from a maximum speed of the vehicle along the journey.
- the element of the electric drive chain of the vehicle is a battery charging device on board the vehicle, thermally coupled to a heat transfer fluid.
- the battery charging device may exchange heat with a heat transfer fluid circulating in a heat transfer fluid circuit.
- the heat generated by the on-board charging device, during the charging of the battery, is dissipated in a heat transfer fluid. This heat can then be transferred to other parts of the vehicle, by circulating the heat transfer fluid in other heat exchangers.
- the heat transfer fluid can serve as a cold source for a heat pump, in an operating mode called energy recovery mode.
- the method comprises the step:
- the method comprises the step:
- the calculation of the set value for the quantity of electrical energy to be supplied can take into account the actual temperature of the passenger compartment. Indeed, this information makes it possible to estimate more precisely the quantity of heat to be supplied to the passenger compartment to ensure the comfort temperature.
- the disclosure also relates to an electrical energy management system of an electric vehicle, comprising:
- an electrical energy storage battery configured to supply electrical energy to an electric propulsion motor of a vehicle and to receive electrical energy from a charging device
- an element of an electric drive chain of the vehicle configured to be traversed by an electric current and to heat up when the battery receives electrical energy
- an electronic control unit configured to implement a method as described above.
- the disclosure also relates to a thermal conditioning system comprising: - an electrical energy management system as described above,
- a refrigerant circuit configured to circulate a refrigerant, the refrigerant circuit comprising:
- a second heat exchanger thermally coupled with the element of the vehicle's electric drive chain, configured to operate as an evaporator of the refrigerant fluid.
- a third heat exchanger thermally coupled with an air flow outside the vehicle, the third heat exchanger being configured to operate at least as an evaporator.
- the thermal conditioning system comprises a fourth heat exchanger configured to exchange heat with an air flow inside the vehicle cabin.
- the refrigerant circuit comprises:
- a main loop comprising successively according to the direction of travel of the refrigerant fluid:
- a heat exchanger called the first heat exchanger, thermally coupled with an air flow inside the vehicle passenger compartment,
- a heat exchanger called a second heat exchanger, thermally coupled with an element of an electric traction chain of the vehicle,
- a first branch connection connecting a first connection point arranged on the main loop downstream of the first exchanger and upstream of the first expansion device to a second connection point arranged on the main loop downstream of the second heat exchanger and upstream of the compression device, the first branch connection successively comprising a second expansion device and a heat exchanger, called a third heat exchanger, configured to exchange heat with a flow outside air into the vehicle interior,
- a second 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 second connection point and upstream of the compressor, the second branch successively comprising a third expansion device and a fourth heat exchanger configured to exchange heat with an air flow inside the passenger compartment,
- a third branch connecting a fifth connection point arranged on the first branch downstream of the third exchanger and upstream of the second connection point to a sixth connection point arranged on the main loop between the third connection point and the first pressure reducer.
- the main loop may include a first shutoff valve disposed between the first connection point and the third connection point.
- the first branch may include a second shutoff valve disposed between the first connection point and the fifth connection point.
- the first branch may include a third shutoff valve disposed between the fifth connection point and the second connection point.
- the third bypass branch may include a one-way valve configured to prohibit flow of refrigerant from the sixth connection point to the fifth connection point and configured to allow flow of refrigerant from the fifth connection point to the sixth connection point.
- the main loop comprises a refrigerant fluid accumulation device arranged downstream of the fourth connection point and upstream of the compressor.
- the disclosure also relates to a computer program comprising instructions which cause the electrical energy management system to implement the method described above.
- FIG. 1 is a schematic side view of a vehicle equipped with a thermal conditioning system and an electrical energy management system on which the proposed method is implemented,
- FIG. 2 is a schematic view of an electronic control unit capable of implementing the proposed method
- FIG. 3 represents the temporal evolution of several parameters illustrating the control process
- FIG. 4 shows the temporal evolution of the battery charge state when a state-of-the-art electrical energy management system is used
- FIG. 5 represents the temporal evolution of the battery state of charge when the proposed electrical energy management system is used
- FIG. 6 is a schematic view of a thermal conditioning system on which the proposed method is implemented
- FIG. 7 is a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 6, operating in a mode called “energy recovery”,
- FIG. 8 is a block diagram of the control method according to the invention.
- a first element upstream of a second element means that the first element is placed before the second element relative to the direction of circulation, or path, of a fluid.
- a first element downstream of a second element means that the first element is placed after the second element relative to the direction of circulation, or path, of the fluid in question.
- 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.
- the refrigerant exits the compression device, possibly passes through one or more elements, then passes through the first element, then the second element, then returns to the compression device, possibly after passing through other elements.
- a second element is placed between a first element and a third element means that the shortest path to pass from the first element to the third element passes through the second element.
- FIG. 1 shows an electric vehicle 100.
- the electric vehicle 100 comprises a battery 1 for storing electrical energy electrically supplying an electric motor 2 providing propulsion of the vehicle.
- An inverter not shown, supplies the electric motor 2 with electric current.
- Propulsion of the vehicle means moving the vehicle by providing mechanical power to at least one drive wheel, whether by a power transmission system to the front wheels, the rear wheels, or all of the wheels of the vehicle.
- the vehicle comprises an electrical energy management system 70 which notably controls the recharging phases of the battery 1.
- the electrical energy management system 70 comprises:
- an electrical energy storage battery 1 configured to supply electrical energy to an electric motor 2 for propulsion of a vehicle 100 and to receive electrical energy from a charging device 20, 40,
- an element 25, 25’ of an electric drive chain of the vehicle 100 configured to be traversed by an electric current and to heat up when the battery 1 receives electrical energy
- an electronic control unit 50 comprising for example at least one calculator, a memory and a computer program stored in the memory, and configured to implement a proposed control method, which will be described below.
- a computer program comprising instructions which cause the electrical energy management system 70 to implement the method is stored in the memory of the electronic control unit 50.
- the vehicle 100 also includes a thermal conditioning system 60.
- the thermal conditioning system 60 makes it possible to ensure thermal regulation of several organs or subsystems of the vehicle.
- the thermal conditioning system 60 comprises:
- a refrigerant circuit 10 configured to circulate a refrigerant, the refrigerant circuit 10 comprising:
- a second heat exchanger 12 thermally coupled with the element 25, 25’ of the electric drive chain of the vehicle 100, configured to operate as an evaporator of the refrigerant fluid
- the thermal conditioning system 60 comprises a fourth heat exchanger 14 configured to exchange heat with an air flow Fi inside the passenger compartment of the vehicle Fi.
- the refrigerant of the refrigerant circuit 10 is here a chemical fluid such as R1234yf.
- Other refrigerants may also be used, such as for example R134a, or R744.
- An electronic control unit 50 receives information from various sensors measuring in particular the characteristics of the refrigerant fluid at various points in the circuit.
- the electronic control unit 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 control of the various actuators, in order to ensure the control of the thermal conditioning system 60 so as to ensure the instructions received.
- Interior air flow Fi means an air flow to the passenger compartment of the motor vehicle.
- This interior air flow Fi can circulate in a heating, ventilation and/or air conditioning system, often referred to by the English term “HVAC” meaning “Heating, Ventilating and Air Conditioning”. This system has not been shown in the various figures.
- a motor-fan unit not shown, can be activated in order to increase the flow rate of the interior air flow Fi if necessary.
- An outside air flow Fe is understood to mean an air flow that is not directed towards the vehicle interior. In other words, this air flow Fe remains outside the vehicle interior.
- Another motor-fan unit also not shown, can be activated in order to increase the flow rate of the outside air flow Fe if necessary.
- This motor-fan unit is arranged, for example, in the front of the vehicle, i.e. behind the vehicle radiator grille.
- the refrigerant circuit 10 comprises:
- main loop A comprising successively according to the direction of flow of the refrigerant fluid:
- a heat exchanger 11 called the first heat exchanger, coupled thermally with an interior air flow Fi to the vehicle cabin,
- a heat exchanger 12 called the second heat exchanger, thermally coupled with an element 25, 25' of an electric traction chain of the vehicle 100,
- first branch B connecting a first connection point C1 arranged on the main loop A downstream of the first exchanger 11 and upstream of the first expansion device 21 to a second connection point C2 arranged on the main loop A downstream of the second heat exchanger 12 and upstream of the compression device 9, the first branch B successively comprising a second expansion device 22 and a heat exchanger 13, called the third heat exchanger, configured to exchange heat with an external air flow Fe to the passenger compartment of the vehicle,
- a second branch C connecting a third connection point C3 arranged on the main loop A downstream of the first connection point C1 and upstream of the first expansion device 21 to a fourth connection point C4 arranged on the main loop A downstream of the second connection point C2 and upstream of the compressor 9, the second branch C successively comprising a third expansion device 23 and a fourth heat exchanger 14 configured to exchange heat with an interior air flow Fi in the passenger compartment,
- a third branch D connecting a fifth connection point C5 arranged on the first branch B downstream of the third exchanger 13 and upstream of the second connection point C2 to a sixth connection point C6 arranged on the main loop A between the third connection point C3 and the first pressure reducer 21.
- the main loop A comprises a first stop valve 27 arranged between the first connection point C1 and the third connection point C3.
- the first branch B comprises a second stop valve 28 arranged between the first connection point C1 and the fifth connection point C5.
- the first branch of derivation B also includes a third valve stop 29 arranged between the fifth connection point C5 and the second connection point C2.
- the first stop valve 27, the second stop valve 28 and the third stop valve 29 are electrically controlled valves, in other words capable of selectively moving from an open position to a closed position, or vice versa, in response to an electrical command.
- the third branch D comprises a one-way valve 26 configured to prohibit a circulation of refrigerant fluid from the sixth connection point C6 to the fifth connection point C5 and configured to authorize a circulation of refrigerant fluid from the fifth connection point C5 to the sixth connection point C6.
- the one-way valve 26 is here a non-return valve.
- check valve can be replaced by an electrically operated valve.
- the main loop A comprises a refrigerant fluid accumulation device 16 arranged downstream of the fourth connection point C4 and upstream of the compressor 9.
- the accumulation device 16 is between the fourth connection point C4 and the inlet 9a of the compressor 9.
- the refrigerant fluid accumulation device 16 may be arranged at another location on the refrigerant fluid circuit 10.
- Each of the expansion devices 21, 22, 23 used may be an electronic expansion valve or a thermostatic expansion valve.
- the passage section allowing the refrigerant fluid to pass can be adjusted continuously between a closed position and a maximum open position.
- the control unit of the system controls an electric motor which moves a movable shutter controlling the passage section offered to the refrigerant fluid.
- the passage section is understood to mean the area of a transverse section of a circular conduit providing the same flow rate, for the same pressure differential between the inlet and the outlet of the expansion device.
- the compression device 9 may be an electric compressor, i.e. a compressor whose moving parts are driven by an electric motor.
- the compression device 9 comprises a suction side for the refrigerant fluid at low pressure, also called the inlet 9a of the compression device, and a discharge side for the refrigerant fluid at high pressure, also called the outlet 9b of the compression device 9.
- the internal moving parts of the compressor 9 cause the refrigerant fluid to pass from a low pressure on the inlet side 9a to a high pressure on the outlet side 9b. After expansion in one or more expansion devices, the refrigerant fluid leaving the compressor 9 returns to the inlet 9a of the compressor 9 and begins a new thermodynamic cycle.
- connection point C1 to C6 allows the refrigerant to pass into one or other of the circuit portions joining at this connection point.
- the distribution of the refrigerant between the circuit portions joining at a connection point is done by adjusting the opening or closing of the stop valve(s), non-return valve or expansion device included on each of the branches.
- each connection point is a means of redirecting the refrigerant arriving at this connection point.
- the electrical energy management system 70 includes:
- an electrical energy storage battery 1 configured to supply electrical energy to an electric motor 2 for propulsion of the vehicle 100 and to receive electrical energy from a charging device 20, 40,
- an element 25, 25’ of an electric traction chain of the vehicle 100 configured to be traversed by an electric current and to heat up when the battery 1 receives electrical energy.
- the process includes the steps:
- journey information is information indicating that a journey of the vehicle to a predefined arrival point A is planned, i.e. scheduled.
- the T0 start time of the journey is a provisional time.
- the amount of electrical energy E is supplied to battery 1 prior to the start of the journey.
- the end of activation of the charging device occurs before the start time T0 of the journey.
- the recharging of battery 1 is completed by the time the planned journey begins.
- a duration P between the end of activation of the charging device 20, 40 and the time T0 of the start of the journey is less than a predetermined threshold S.
- the element 25, 25’ of the drive train heats up when charging the battery 1 due to the flow of electric current. Charging of the battery 1 is triggered late enough so that the heat generated in the element 25, 25’ of the drive train when charging the battery 1 does not have time to be dissipated into the ambient air. The heat released by recharging the battery 1 thus remains stored by the element 25, 25’ of the drive train. This heat can then be reused to participate in the thermal conditioning of other parts of the vehicle, for example to heat the passenger compartment of the vehicle. The thermal energy to be provided during the journey of the vehicle is thus minimized, which makes it possible to maximize the energy efficiency of the vehicle.
- the element 25 of the electric traction chain of the vehicle 100 is the battery 1 for storing electrical energy of the vehicle.
- the element of the drive train that is heated by the charge of battery 1 can be battery 1 itself.
- the heat stored by battery 1 is thus used.
- Battery 1 is thus both a means of storing electrical energy, and also a means of storing thermal energy.
- Battery 1 may be thermally coupled to a heat transfer fluid.
- the battery 1 can exchange heat with a heat transfer fluid circulating in a heat transfer fluid circuit 30.
- a pump not shown, allows the heat transfer fluid to circulate in the circuit 30.
- the element 25’ of the electric traction chain of the vehicle 100 is a charging device 20 of the battery 1 on board the vehicle 100, thermally coupled to a heat transfer fluid.
- the charging device 20 of the battery 1 can exchange heat with a heat transfer fluid circulating in a heat transfer fluid circuit 30.
- the element 25′ of the drive train which is heated by the charging of the battery 1 may be an on-board charging device 20.
- the heat generated by the on-board charging device 20, during the charging of the battery 1, is dissipated in a heat transfer fluid.
- this heat may then be transferred to other components of the vehicle, by circulating the heat transfer fluid in other heat exchangers.
- the heat transfer fluid may serve as a cold source for a heat pump in an operation according to an energy recovery mode.
- Figure 2 schematically describes the various components of the electrical energy management system 70.
- the electrical energy management system 70 comprises a device 3 for planning the journeys of the vehicle 100.
- the vehicle 100's route planning device 3 can define an arrival time desired by the driver.
- the vehicle 100's route planning device 3 can define a departure time desired by the driver.
- the arrival point A of the journey can be defined by the journey planning device 3 of the vehicle 100.
- the predefined arrival point A can be defined by an on-board guidance system 6 of the vehicle 100.
- the predefined arrival point A can be the destination initially planned for the journey.
- the predefined arrival point A can also be a charging station 40, in the case the planned journey is longer than the maximum autonomy of a vehicle.
- the predefined arrival point A is an intermediate stage of the journey.
- the electrical energy management system 70 comprises a device 4 for determining an available electrical energy E_D of the battery 1.
- the available electrical energy E_D of battery 1 can be an absolute quantity.
- the available electrical energy E_D of battery 1 can also be a relative quantity, i.e. expressed as a fraction or percentage of a maximum value corresponding to the maximum capacity of battery 1.
- the electrical energy management system 70 comprises a control device 5 of the charging device 20, 40 of the battery 1.
- the control device 5 of the charging device 20, 40 of the battery 1 is configured to selectively activate or deactivate the charging device 20, 40 of the battery 1.
- the battery charging device 1 may be a charger 20 on board the vehicle 100.
- the electrical component supplying the charging current to the battery 1 is part of the vehicle.
- the on-board charger is connected, during a recharging phase, to an electrical network R.
- the electrical network may in this case be a domestic electrical network, for example equipping the vehicle's garage.
- the battery charging device 1 may also be a charging station 40 external to the vehicle, for example a high-power charging station.
- the high-power charging station may also be called a fast charging station.
- the high-power terminal is connected to an electrical network R'.
- the electrical network R' can supply a set of fast charging terminals forming part of a charging station.
- the charging device 20, 40 can be activated between an activation start time Ti and an activation end time Tf.
- the gap between the activation start time Ti and the activation end time Tf corresponds to an activation duration D during which the battery is recharged, i.e. receives electrical energy.
- the activation end time Tf is before the journey start time T0, i.e. the activation end occurs before the journey starts.
- the electrical energy management system 70 comprises a control module 7 configured to determine an electrical energy required to reach a predefined arrival point A.
- the calculation carried out takes into account the distance to be covered and can take into account the expected traffic conditions, which influence the maximum achievable speed and therefore the energy consumption along the route.
- the calculation carried out can also take into account the profile of the route, i.e. the slopes present on the route, whether uphill or downhill.
- the vehicle route planning device 3, the device 4 for determining an available electrical energy of the battery 1, the control device 5 of the charging device 20, 40 of the battery 1, the control module 7 for determining an electrical energy required to reach a predefined arrival point A and the guidance system 6 can communicate with the electronic control unit 50, or be part of the electronic control unit 50.
- Step (ii) of determining the time T0 for the start of the journey may include the following sub-steps:
- the journey start time T0 may be a departure time desired by the driver.
- the T0 start time of the journey is a provisional time.
- Step (iv) of determining the quantity of electrical energy E_F to be supplied to the battery 1 to reach the predefined arrival point A may comprise the sub-steps:
- Step (vi) of determining the activation duration of the charging device 20, 40 may comprise the sub-steps:
- Step (vii) of activating the charging device 20 may comprise the sub-steps:
- FIG. 1 schematically illustrates the progress of an operation of recharging battery 1 and driving the vehicle.
- curve G1 represents the state of the control of the charging device 20, 40 as a function of time. State 1 corresponds to a state of activation of the charging device, and state 0 corresponds to a state of deactivation of the charging device.
- Curve G2 represents the evolution of the electrical energy received E_R by battery 1, as a function of time.
- Curve G3 represents the quantity of heat Q received by element 25, 25’ of the electric traction chain, as a function of time.
- Curve G4 represents the distance traveled by vehicle 100 as a function of time.
- the amount of electrical energy received by battery 1 increases progressively between times Ti and Tf, then no longer changes, as indicated on curve G2.
- the set value C is reached at time Tf.
- the quantity of heat received by element 25, 25' of the traction chain also increases progressively between times Ti and Tf, due to the heating caused by the circulation of the electric current recharging the battery 1.
- the vehicle begins its journey at time T0.
- the time elapsed between the instant Tf of the end of the recharging of battery 1 and the instant T0 of the start of the vehicle journey is less than the threshold S, so as to be able to recover the heat released by the recharging of the battery.
- the value Qmin of the quantity of heat Q to be supplied to the element 25, 25’ of the traction chain is greater than 1000 kilojoules (kJ).
- the predetermined threshold S of duration P between the end of activation of the charging device 20, 40 and the time T0 of the start of the journey is between 5 minutes and 15 minutes.
- Figure 4 illustrates an example of implementation of a state-of-the-art electrical energy management system.
- Figure 5 illustrates the implementation of the proposed electrical energy management system.
- time t1 corresponds to the start of a first journey, and time t'1 to the end of this journey.
- the battery charge decreases by the value E_A during the journey.
- time te corresponds to the start of a complete recharge of the battery, i.e. to a maximum charge state.
- the charging time is considered negligible and this recharge phase is represented by a vertical line.
- Time t2 corresponds to the start of a second journey
- time t’2 corresponds to the end of this second journey.
- the battery charge decreases by the value E_A during this second journey, which is identical to the first journey which therefore requires the same energy as before.
- a third path identical to the two previous ones is carried out between times t3 and t’3
- a fourth path identical to the three previous ones is carried out between times t4 and t’4.
- a single recharge phase is thus carried out between the initial time t1 and the final time represented t’4.
- a partial charge of the battery is carried out, and a quantity of electrical energy C2 is supplied to the battery.
- This quantity of electrical energy supplied C2 supplied to the battery 1 allows the element 25, 25' of the traction chain to receive a desired quantity of heat.
- the recharge is triggered just before the start of driving, so that the heat generated is recovered and not dissipated into the ambient air. As before, the recharge time is considered negligible and the recharge is represented by a vertical line.
- a battery recharge is triggered just before the third trip, corresponding to time t3, and also just before the fourth trip, corresponding to time t4.
- the setpoint C of quantity of electrical energy E to be supplied to the battery 1 is limited to a predetermined maximum value QEmax.
- Performing a partial recharge i.e. limiting the recharge of the battery, and in particular not charging the battery to its maximum state of charge, provides the opportunity to recharge the battery before each planned journey.
- the thermal energy dissipated by the recharge is thus recovered on each journey.
- battery 1 is recharged to a state of charge lower than its maximum state of charge.
- the predetermined maximum value QEmax is for example equal to the product of a multiplicative coefficient k and the value previously determined to be supplied to the battery 1 so that the element 25, 25’ of the traction chain receives a quantity of heat Q greater than the predetermined minimum value Qmin.
- the multiplicative coefficient is greater than or equal to 1.
- the multiplicative coefficient is for example 1.1.
- the battery 1 can be sufficiently charged so that the element 25, 25' of the traction chain receives a quantity of heat greater than a desired minimum value Qmin, while avoiding excessively charging the battery 1.
- This recharging strategy can be applied in particular the autonomy provided by the available energy of the battery 1 before the start of the recharging operation is already greater than the distance of the planned journey.
- the recharging operation not essential for carrying out the journey, since the autonomy was already sufficient, allows the element 25, 25' of the traction chain to recover the thermal energy dissipated by the recharging of the battery 1.
- the supply of electrical energy provided by the recharging can be limited to what is just necessary to recover the thermal energy. desired, so that the recharging operation can be repeated for each journey. The vehicle's energy consumption is thus optimized.
- the method comprises the steps:
- each recharge carried out provides little energy, so that it is always possible to trigger a recharge of battery 1.
- the charge carried out must make it possible to reach the predefined arrival point A, to the extent that the maximum autonomy provided by battery 1 allows it.
- the method comprises the steps:
- the battery When the battery is too cold, it may not be able to provide all the electrical power required for the driving conditions. The operating phases at the highest powers are thus degraded, since all the power requested by the driver may not be provided.
- the heating caused by the recharging of the battery can thus increase the temperature of the battery and make it possible to reach a temperature sufficient to avoid operation at reduced power.
- the quantity of heat to be supplied to the battery 1 is determined from its actual temperature Tbat at the start of the recharging phase and from a minimum temperature Tmin allowing the battery to supply all the electrical power necessary for the travel conditions.
- the quantity of electrical energy to be supplied to the battery during its recharging is then determined from the quantity of heat necessary to bring the battery to the minimum temperature allowing it to supply all the electrical power necessary for the travel.
- the recharging phase can thus make it possible to carry out at least part of the thermal preconditioning of heating of the battery.
- the driving phases of the vehicle during which the battery must be heated are minimized, or eliminated.
- the recharging phase contributes at least in part to providing the energy necessary for the thermal preconditioning of the battery, which minimizes the quantity of electrical energy used during driving to carry out this thermal conditioning. The vehicle's energy consumption is thus minimised.
- the quantity of electrical energy E to be supplied to the battery 1 is determined from the difference between the determined minimum temperature Tmin and the determined actual temperature Tbat, and from a predetermined multiplicative coefficient.
- the predetermined multiplicative coefficient is for example equal to the product of the mass m of battery 1 and a predetermined coefficient k.
- the maximum electrical power Pmax is determined from the altitude variations along the journey and from a maximum speed of the vehicle along the journey.
- the method comprises the step:
- Determining the ambient outside temperature Tamb makes it possible to estimate the heating requirement of the passenger compartment. Determining the actual temperature Tbat of the battery 1 makes it possible to estimate the quantity of heat that can be recovered from the battery 1 while maintaining it at a sufficient temperature. Indeed, since the battery 1 has a high thermal inertia due to its significant mass and the nature of the materials constituting it, it is possible to use the battery 1 itself as a cold source for a heat pump, without significantly affecting its temperature. In a similar manner, it is possible to use the on-board charging device 20 as a cold source for a heat pump, according to an energy recovery mode.
- the method comprises the step:
- the calculation of the setpoint value C of the quantity of electrical energy E to be supplied can take into account the actual temperature of the passenger compartment. Indeed, this information makes it possible to estimate more precisely the quantity of heat to be supplied to the passenger compartment to ensure the comfort temperature.
- FIG. 7 schematically illustrates the operation of the thermal conditioning system 60 according to a so-called energy recovery mode.
- the portions of the refrigerant circuit 10 through which refrigerant fluid flows are drawn in thick solid lines, and the portions in which the refrigerant fluid does not circulate are drawn in dotted lines.
- the heat exchangers not participating in the heat exchanges because they do not carry refrigerant fluid are also schematically represented by a dotted line.
- a flow of refrigerant fluid circulates in the compressor 9 where it passes at high pressure, and circulates in the main loop A successively in the first exchanger 11 where it gives off heat to the interior air flow Fi, in the first expansion valve 21 where it passes at low pressure, in the second exchanger 12 where it receives heat, and returns to the inlet 9a of the compressor 9, thus completing the thermodynamic cycle.
- the first stop valve 27 is in the open position.
- the stop valves 28, 29 are in the closed position, so that the refrigerant does not circulate in the first bypass branch B.
- the refrigerant flow rate is zero at the outlet 13b of the third exchanger 13, and the third exchanger 13 does not participate in the heat exchanges.
- the third expansion valve 23 is in the closed position, so that the refrigerant does not circulate in the second bypass branch C.
- the fourth exchanger 14 also does not participate in the heat exchanges.
- the air flow Fi intended for the passenger compartment is heated at the first exchanger 11.
- the heat of vaporization of the refrigerant fluid is taken from the heat transfer fluid circulating in the circuit 30, previously heated by the recharging of the battery.
- the heat generated by the recharging of the battery 1 thus contributes to heating the passenger compartment of the vehicle.
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Abstract
Description
Description Description
Titre : SYSTEME DE CONDITIONNEMENT THERMIQUE POUR VEHICULE AUTOMOBILE Title: THERMAL CONDITIONING SYSTEM FOR MOTOR VEHICLE
Domaine technique Technical field
[1] La présente invention se rapporte au domaine de la gestion de l’énergie électrique dans les véhicules à propulsion électrique, ainsi qu’au domaine du conditionnement thermique des batteries des véhicules électriques. [1] The present invention relates to the field of electrical energy management in electrically powered vehicles, as well as to the field of thermal conditioning of batteries of electric vehicles.
Technique antérieure Previous technique
[2] La phase de recharge des batteries d’un véhicule électrique dégage de la chaleur, sous l’effet du passage dans du courant. Lors des charges rapides, sous des puissances électriques supérieures à 100 kilowatts, il est fréquent de refroidir la batterie afin d’éviter une surchauffe. Sur d’autres véhicules disposant d’un chargeur embarqué d’une puissance de quelques dizaines de kilowatt, le chargeur lui-même doit être couramment refroidi. Dans les deux cas, la chaleur dissipée soit par la batterie, soit par le chargeur, est dissipée dans l’air extérieur par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur et d’un échangeur de chaleur. Cette chaleur n’est donc pas utilisée pour le fonctionnement du véhicule, et contribue aux pertes thermiques du véhicule. [2] The recharging phase of the batteries of an electric vehicle releases heat, due to the passage of current. During rapid charging, at electrical powers greater than 100 kilowatts, it is common to cool the battery in order to avoid overheating. On other vehicles with an on-board charger with a power of a few tens of kilowatts, the charger itself must be commonly cooled. In both cases, the heat dissipated either by the battery or by the charger is dissipated into the outside air via a heat transfer fluid and a heat exchanger. This heat is therefore not used for the operation of the vehicle, and contributes to the vehicle's thermal losses.
[3] Par ailleurs, la puissance maximale qu’une batterie peut fournir lorsqu’elle est à basse température est inférieure à sa puissance maximale théorique. Lors des phases de fonctionnement du véhicule avec une forte demande de puissance, la puissance réellement fournie par la batterie à la chaine de propulsion peut être réduite par rapport à la puissance nominale. Pour éviter ce fonctionnement à puissance réduite, il est courant de chauffer la batterie avant que le véhicule commence à circuler, afin que la température de la batterie soit suffisante pour lui permettre de délivrer sa puissance nominale ou une puissance proche de la puissance nominale. Ces phases de chauffe sont généralement réalisées par un chauffage électrique embarqué, qui utilise l’énergie de la batterie elle-même pour réchauffer celle-ci. Le besoin de réchauffer la batterie pénalise donc l’autonomie du véhicule. [4] Il existe donc un besoin d’optimiser la gestion de l’énergie des batteries, afin de réduire la consommation énergétique des véhicules. [3] Furthermore, the maximum power that a battery can provide when it is at low temperature is lower than its theoretical maximum power. During vehicle operating phases with a high power demand, the power actually supplied by the battery to the propulsion chain may be reduced compared to the nominal power. To avoid this operation at reduced power, it is common to heat the battery before the vehicle starts to move, so that the temperature of the battery is sufficient to allow it to deliver its nominal power or a power close to the nominal power. These heating phases are generally carried out by an on-board electric heater, which uses the energy of the battery itself to heat it. The need to heat the battery therefore penalizes the vehicle's autonomy. [4] There is therefore a need to optimize battery energy management, in order to reduce the energy consumption of vehicles.
Résumé Summary
[5] A cette fin, la présente invention propose un procédé de contrôle d’un système de gestion d’énergie électrique d’un véhicule électrique, le système de gestion d’énergie électrique comportant : [5] To this end, the present invention proposes a method for controlling an electrical energy management system of an electric vehicle, the electrical energy management system comprising:
- une batterie de stockage d’énergie électrique configurée pour fournir de l’énergie électrique à un moteur électrique de propulsion du véhicule et pour recevoir de l’énergie électrique d’un dispositif de charge, - an electrical energy storage battery configured to provide electrical energy to an electric propulsion motor of the vehicle and to receive electrical energy from a charging device,
- un dispositif de commande du dispositif de charge de la batterie, - a device for controlling the battery charging device,
- un élément d’une chaine de traction électrique du véhicule, configuré pour être parcouru par un courant électrique et pour s’échauffer lorsque la batterie reçoit de l’énergie électrique, le procédé comprenant les étapes : - an element of an electric drive chain of the vehicle, configured to be traversed by an electric current and to heat up when the battery receives electrical energy, the method comprising the steps:
(i) recevoir une information de trajet du véhicule vers un point d’arrivée prédéfini,(i) receive route information from the vehicle to a predefined arrival point,
(ii) déterminer un horaire de début du trajet, (ii) determine a start time for the journey,
(iii) déterminer une consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie pour que l’élément de la chaine de traction reçoive une quantité de chaleur supérieure à une valeur minimale prédéterminée, (iii) determine a quantity of electrical energy to be supplied to the battery so that the element of the traction chain receives a quantity of heat greater than a predetermined minimum value,
(vi) déterminer une durée d’activation du dispositif de charge permettant de fournir à la batterie une quantité d’énergie électrique supérieure ou égale à la consigne déterminée, (vi) determine an activation duration of the charging device allowing the battery to be supplied with a quantity of electrical energy greater than or equal to the determined setpoint,
(vii) activer un dispositif de charge pendant la durée d’activation déterminée de façon à fournir à la batterie une quantité d’énergie électrique supérieure ou égale à la consigne déterminée, une fin d’activation du dispositif de charge étant préalable à l’horaire de début du trajet. (vii) activate a charging device for the determined activation duration so as to provide the battery with a quantity of electrical energy greater than or equal to the determined setpoint, an end of activation of the charging device being prior to the start time of the journey.
[6] Autrement dit, la charge de la batterie est déclenchée suffisamment tard pour que la chaleur reçue par l’élément de la chaine de traction au cours de la charge de la batterie n’ait pas le temps d’être dissipée dans l’air ambiant. La chaleur dégagée par la recharge de la batterie reste ainsi emmagasinée par l’élément de la chaine de traction, et cette chaleur peut ensuite être réutilisée, par exemple pour chauffer l’habitacle du véhicule. L’énergie thermique à fournir au cours du trajet du véhicule est ainsi minimisée, ce qui permet de maximiser l’efficacité énergétique du véhicule. [6] In other words, the battery charge is triggered late enough so that the heat received by the element of the drive chain during the battery charge does not have time to be dissipated into the ambient air. The heat released by the battery recharge thus remains stored by the element of the drive chain, and this heat can then be reused, for example for heating the vehicle interior. The thermal energy to be supplied during the vehicle's journey is thus minimised, which makes it possible to maximise the vehicle's energy efficiency.
[7] Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : [7] The features listed in the following paragraphs may be implemented independently of each other or in any technically possible combination:
[8] Une durée entre une fin d’activation du dispositif de charge et l’horaire de début du trajet est inférieure à un seuil prédéterminé. [8] A duration between the end of activation of the charging device and the start time of the journey is less than a predetermined threshold.
[9] L’ information de trajet est une information indiquant qu’un trajet du véhicule vers un point d’arrivée prédéfini est prévu, c’est-à-dire planifié. [9] Journey information is information indicating that a journey of the vehicle to a predefined destination point is planned, i.e. scheduled.
L’horaire de début du trajet est un horaire prévisionnel. The start time of the journey is an estimated time.
[10] La quantité d’énergie électrique est fournie à la batterie préalablement au début du trajet. [10] The amount of electrical energy is supplied to the battery before the start of the journey.
[11] Le système de gestion d’énergie électrique comprend un dispositif de planification des trajets du véhicule. [11] The electrical energy management system includes a vehicle route planning device.
[12] Le point d’arrivée du trajet est défini par le dispositif de planification des trajets du véhicule. [12] The end point of the journey is defined by the vehicle's journey planning device.
[13] Le dispositif de planification des trajets du véhicule peut définir un horaire d’arrivée souhaité par le conducteur. [13] The vehicle's journey planning device can define an arrival time desired by the driver.
[14] Le dispositif de planification des trajets du véhicule peut définir un horaire de départ souhaité par le conducteur. [14] The vehicle's trip planning device can set a departure time desired by the driver.
[15] Le dispositif de commande du dispositif de charge de la batterie est configuré pour sélectivement activer ou désactiver le dispositif de charge de la batterie. [15] The battery charging device control device is configured to selectively enable or disable the battery charging device.
[16] Le dispositif de charge peut être activé entre un instant de début d’activation et un instant de fin d’activation. [16] The charging device can be activated between an activation start time and an activation end time.
L’écart entre l’instant de début d’activation et l’instant de fin d’activation correspond à une durée d’activation pendant laquelle la batterie est rechargée, c’est-à-dire reçoit de l’énergie électrique. The gap between the activation start time and the activation end time corresponds to an activation duration during which the battery is recharged, i.e. receives electrical energy.
[17] Le point d’arrivée prédéfini peut être défini par un système de guidage embarqué du véhicule. [18] Le point d’arrivée prédéfini peut être la destination initialement prévue pour le trajet. [17] The predefined arrival point can be defined by an on-board vehicle guidance system. [18] The predefined arrival point can be the destination initially planned for the journey.
[19] Le point d’arrivée prédéfini peut également être une borne de recharge, dans le cas le trajet prévu est plus long que l’autonomie maximale d’un véhicule. [19] The predefined arrival point can also be a charging station, in the case the planned journey is longer than the maximum autonomy of a vehicle.
Dans ce cas, le point d’arrivée prédéfini est ainsi une étape intermédiaire du trajet. In this case, the predefined arrival point is an intermediate stage of the journey.
[20] L’étape (ii) de détermination de l’horaire de début du trajet peut comprendre les sous-étapes : [20] Step (ii) of determining the start time of the journey may include the following sub-steps:
- déterminer un temps de trajet prévisionnel jusqu’au point d’arrivée prédéfini,- determine an estimated travel time to the predefined arrival point,
- déterminer l’horaire de début du trajet à partir d’un horaire d’arrivée souhaité par le conducteur et à partir du temps de trajet prévisionnel déterminé. - determine the start time of the journey based on an arrival time desired by the driver and on the estimated journey time determined.
[21] A l’étape (ii) de détermination de l’horaire de début du trajet, l’horaire de début du trajet peut être un horaire de départ souhaité par le conducteur. [21] In step (ii) of determining the journey start time, the journey start time may be a departure time desired by the driver.
[22] L’ horaire de début du trajet est un horaire prévisionnel. [22] The start time of the journey is an estimated time.
[23] L’étape (iv) de détermination de la quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie pour atteindre le point d'arrivée prédéfini peut comprendre les sous-étapes :[23] Step (iv) of determining the amount of electrical energy to be supplied to the battery to reach the predefined arrival point may include the sub-steps:
- déterminer une quantité d’énergie électrique disponible de la batterie, - determine the amount of electrical energy available from the battery,
- déterminer une quantité d’énergie électrique consommée par le véhicule pour atteindre le point d'arrivée prédéfini, et la quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie pour atteindre le point d'arrivée prédéfini est égale à la plus grande valeur entre la différence entre la quantité d’énergie électrique consommée par le véhicule pour atteindre le point d'arrivée prédéfini et la quantité d’énergie électrique disponible de la batterie, et la valeur 0. - determining an amount of electrical energy consumed by the vehicle to reach the predefined arrival point, and the amount of electrical energy to be supplied to the battery to reach the predefined arrival point is equal to the greater of the difference between the amount of electrical energy consumed by the vehicle to reach the predefined arrival point and the amount of electrical energy available from the battery, and the value 0.
[24] L’étape (vi) de détermination de la durée d’activation du dispositif de charge peut comprendre les sous-étapes : [24] Step (vi) of determining the duration of activation of the charging device may include the sub-steps:
- déterminer une puissance électrique fournie par le dispositif de charge, - determine an electrical power supplied by the charging device,
- déterminer une durée d’activation du dispositif de charge à partir de la consigne déterminée et à partir de la puissance électrique déterminée. - determine an activation duration of the charging device from the determined setpoint and from the determined electrical power.
[25] L’étape (vii) d’activation du dispositif de charge peut comprendre les sous- étapes : [25] Step (vii) of activating the charging device may comprise the sub-steps:
- déterminer un instant d’activation du dispositif de charge à partir de l’horaire de début du trajet, à partir de la durée d’activation déterminée et à partir du seuil prédéterminé, - determine an activation time of the charging device from the start time of the journey, from the determined activation duration and from the threshold predetermined,
- déterminer un instant de désactivation du dispositif de charge à partir de l’instant d’activation et à partir de la durée d’activation déterminée, - determine a time of deactivation of the charging device from the time of activation and from the determined activation duration,
- activer le dispositif de charge entre I’ instant d’activation et I’ instant de désactivation. - activate the charging device between the activation time and the deactivation time.
[26] Selon un mode de réalisation procédé proposé, la valeur de la quantité de chaleur à fournir à l’élément de la chaine de traction est supérieure à 1000 kilojoules (kJ). [26] According to a proposed method embodiment, the value of the quantity of heat to be supplied to the element of the traction chain is greater than 1000 kilojoules (kJ).
[27] Selon un autre aspect du procédé proposé, le seuil prédéterminé de durée entre une fin d’activation du dispositif de charge et l’horaire de début du trajet est compris entre 5 minutes et 15 minutes. [27] According to another aspect of the proposed method, the predetermined duration threshold between an end of activation of the charging device and the start time of the journey is between 5 minutes and 15 minutes.
[28] Selon un mode de réalisation du procédé proposé, la consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie est limitée à une valeur maximale prédéterminée. [28] According to one embodiment of the proposed method, the quantity of electrical energy to be supplied to the battery is limited to a predetermined maximum value.
[29] Limiter la recharge de la batterie, et en particulier ne pas charger la batterie jusqu’à son état de charge maximal, donne l’opportunité d’effectuer à nouveau une recharge de la batterie avant chaque trajet prévu, de façon à récupérer lors de chaque trajet l’énergie thermique dissipée par la recharge. En particulier, la batterie est rechargée jusqu’à un état de charge inférieur à un état de charge maximal de la batterie. [29] Limiting the recharging of the battery, and in particular not charging the battery to its maximum state of charge, provides the opportunity to recharge the battery again before each planned journey, so as to recover during each journey the thermal energy dissipated by the recharging. In particular, the battery is recharged to a state of charge lower than a maximum state of charge of the battery.
[30] La valeur maximale prédéterminée est par exemple égale au produit d’un coefficient multiplicatif et de la valeur à fournir à la batterie pour que l’élément de la chaine de traction reçoive une quantité de chaleur supérieure à la valeur minimale prédéterminée. [30] The predetermined maximum value is, for example, equal to the product of a multiplicative coefficient and the value to be supplied to the battery so that the element of the traction chain receives a quantity of heat greater than the predetermined minimum value.
Le coefficient multiplicatif est supérieur ou égal à 1. Le coefficient multiplicatif vaut par exemple 1 ,1. The multiplicative coefficient is greater than or equal to 1. The multiplicative coefficient is for example 1.1.
[31] Autrement dit, la batterie peut être suffisamment chargée pour que l’élément de la chaine de traction reçoive une quantité de chaleur supérieure à une valeur minimale souhaitée, tout en évitant de charger excessivement la batterie. Cette stratégie de recharge peut être appliquée notamment lorsque l’énergie disponible de la batterie avant le début de la recharge procure déjà une autonomie supérieure à la distance du trajet prévu. L’opération de recharge permet à l’élément de la chaine de traction de récupérer l’énergie thermique dissipée par la recharge de la batterie, sans être indispensable pour obtenir une autonomie suffisante du véhicule, puisque celle-ci était déjà suffisante. En limitant l’apport d’énergie électrique apportée par la recharge au juste nécessaire pour récupérer l’énergie thermique souhaitée, l’opération de recharge peut être renouvelée à chaque trajet, ce qui optimise la consommation énergétique du véhicule sur ces trajets. [31] In other words, the battery can be charged sufficiently so that the element of the drive train receives a quantity of heat greater than a desired minimum value, while avoiding excessively charging the battery. This recharging strategy can be applied in particular when the energy available in the battery before the start of recharging already provides a greater autonomy to the distance of the planned journey. The recharging operation allows the element of the drive train to recover the thermal energy dissipated by recharging the battery, without being essential to obtain sufficient autonomy of the vehicle, since this was already sufficient. By limiting the supply of electrical energy provided by recharging to just what is necessary to recover the desired thermal energy, the recharging operation can be repeated for each journey, which optimizes the energy consumption of the vehicle on these journeys.
[32] Le système de gestion d’énergie électrique comprend un dispositif de détermination d’une énergie électrique disponible de la batterie. [32] The electrical energy management system comprises a device for determining available electrical energy from the battery.
[33] Le système de gestion d’énergie électrique comprend un module de contrôle configuré pour déterminer une énergie électrique nécessaire pour atteindre un point d’arrivée prédéfini. [33] The electrical energy management system includes a control module configured to determine an electrical energy required to reach a predefined arrival point.
[34] Selon un mode de réalisation, le procédé comprenant les étapes : [34] According to one embodiment, the method comprises the steps:
(iv) déterminer une quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie pour atteindre le point d'arrivée prédéfini, (iv) determine an amount of electrical energy to be supplied to the battery to reach the predefined arrival point,
(v) si la quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie pour atteindre le point d'arrivée prédéfini est supérieure à la consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie pour que l’élément de la chaine de traction reçoive une quantité de chaleur supérieure au seuil prédéterminé, mettre à jour la consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie avec la quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie pour atteindre le point d'arrivée prédéfini. (v) if the quantity of electrical energy to be supplied to the battery to reach the predefined arrival point is greater than the setpoint for the quantity of electrical energy to be supplied to the battery so that the element of the traction chain receives a quantity of heat greater than the predetermined threshold, updating the setpoint for the quantity of electrical energy to be supplied to the battery with the quantity of electrical energy to be supplied to the battery to reach the predefined arrival point.
[35] Afin de récupérer de l’énergie dissipée par la recharge de la batterie, il est préférable de charger la batterie avant chaque trajet. Il est donc souhaitable que chaque recharge effectuée apporte peu d’énergie, afin qu’il soit toujours possible de déclencher une recharge de la batterie. Cependant, chaque charge réalisée doit permettre de rejoindre le point d’arrivée prédéfini, dans la mesure où l’autonomie maximale procurée par la batterie le permet. [35] In order to recover the energy dissipated by recharging the battery, it is preferable to charge the battery before each journey. It is therefore desirable that each recharge carried out provides little energy, so that it is always possible to trigger a recharge of the battery. However, each charge carried out must allow the user to reach the predefined arrival point, to the extent that the maximum autonomy provided by the battery allows it.
[36] Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, l’élément de la chaine de traction électrique du véhicule est la batterie de stockage d’énergie électrique du véhicule. [37] L’ élément de la chaîne de traction qui est réchauffé par la charge de la batterie peut être la batterie elle-même. La chaleur stockée par la batterie est ainsi utilisée. La batterie est ainsi à la fois un moyen de stockage d’énergie électrique, et aussi un moyen de stockage d’énergie thermique. [36] According to an exemplary implementation of the method, the element of the electric drive chain of the vehicle is the electric energy storage battery of the vehicle. [37] The element of the drive train that is heated by the battery charge can be the battery itself. The heat stored by the battery is thus used. The battery is thus both a means of storing electrical energy, and also a means of storing thermal energy.
[38] La batterie peut être couplée thermiquement à un liquide caloporteur. [38] The battery may be thermally coupled to a heat transfer fluid.
[39] La batterie peut échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans un circuit de liquide caloporteur. [39] The battery can exchange heat with a heat transfer fluid circulating in a heat transfer fluid circuit.
[40] Le dispositif de charge de la batterie peut être une borne de recharge extérieure au véhicule, par exemple une borne de recharge haute puissance. [40] The battery charging device may be a charging station external to the vehicle, for example a high-power charging station.
[41] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes : [41] According to one embodiment, the method comprises the steps:
- déterminer une puissance électrique maximale à fournir par la batterie au cours du trajet, - determine a maximum electrical power to be provided by the battery during the journey,
- déterminer une température minimale de la batterie permettant de fournir la puissance électrique maximale déterminée, - determine a minimum battery temperature allowing the maximum determined electrical power to be provided,
- déterminer une température réelle de la batterie, - determine the actual battery temperature,
- déterminer la valeur de consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie à partir de la température minimale déterminée et à partir de la température réelle déterminée. - determine the set value of the quantity of electrical energy to be supplied to the battery from the minimum temperature determined and from the actual temperature determined.
[42] La quantité de chaleur à fournir à la batterie est déterminée à partir de sa température réelle au début de la phase de recharge et à partir d’une température minimale permettant à la batterie de fournir toute la puissance électrique nécessaire aux conditions de trajet. La quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie lors de sa recharge est ensuite déterminée à partir de la quantité de chaleur nécessaire pour amener la batterie à la température minimale lui permettant de fournir toute la puissance électrique nécessaire au trajet. La phase de recharge peut ainsi permettre de réaliser au moins une partie du préconditionnement thermique. Ainsi, les phases de roulage du véhicule pendant lesquelles la batterie doit être chauffée sont minimisées, ou supprimées. La phase de recharge contribue au moins en partie à fournir l’énergie nécessaire au préconditionnement thermique de la batterie, ce qui minimise la quantité d’énergie électrique utilisée pendant le roulage pour réaliser ce conditionnement thermique. La consommation d’énergie du véhicule est ainsi minimisée. [42] The amount of heat to be supplied to the battery is determined from its actual temperature at the start of the recharging phase and from a minimum temperature allowing the battery to supply all the electrical power required for the driving conditions. The amount of electrical energy to be supplied to the battery during its recharging is then determined from the amount of heat required to bring the battery to the minimum temperature allowing it to supply all the electrical power required for the driving. The recharging phase can thus make it possible to carry out at least part of the thermal preconditioning. Thus, the driving phases of the vehicle during which the battery must be heated are minimised, or eliminated. The recharging phase contributes at least in part to providing the energy required for the thermal preconditioning of the battery, which minimises the amount of electrical energy used during driving to achieve this thermal conditioning. The vehicle's energy consumption is thus minimized.
[43] Selon un exemple de réalisation du procédé, la quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie est déterminée à partir de la différence entre la température minimale déterminée et la température réelle déterminée, et à partir d’un coefficient multiplicatif prédéterminé. [43] According to an exemplary embodiment of the method, the quantity of electrical energy to be supplied to the battery is determined from the difference between the determined minimum temperature and the determined actual temperature, and from a predetermined multiplicative coefficient.
[44] Le coefficient multiplicatif prédéterminé est égal au produit de la masse de la batterie et d’un coefficient prédéterminé. [44] The predetermined multiplicative coefficient is equal to the product of the mass of the battery and a predetermined coefficient.
[45] A l’étape de détermination de la puissance électrique maximale à fournir par la batterie au cours du trajet, la puissance électrique maximale est déterminée à partir des variations d’altitude le long du trajet et à partir d’une vitesse maximale du véhicule le long du trajet. [45] In the step of determining the maximum electrical power to be provided by the battery during the journey, the maximum electrical power is determined from the altitude variations along the journey and from a maximum speed of the vehicle along the journey.
[46] Selon un autre exemple de mise en œuvre du procédé, l’élément de la chaine de traction électrique du véhicule est un dispositif de charge de la batterie embarqué sur le véhicule, couplé thermiquement à un liquide caloporteur. [46] According to another example of implementation of the method, the element of the electric drive chain of the vehicle is a battery charging device on board the vehicle, thermally coupled to a heat transfer fluid.
[47] Le dispositif de charge de la batterie peut échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans un circuit de liquide caloporteur. [47] The battery charging device may exchange heat with a heat transfer fluid circulating in a heat transfer fluid circuit.
[48] La chaleur générée par le dispositif de charge embarqué, au cours de la charge de la batterie, est dissipée dans un liquide caloporteur. Cette chaleur peut ensuite être transférée vers d’autres organes du véhicule, en faisant circuler le liquide caloporteur dans d’autres échangeurs de chaleur. En particulier, le liquide caloporteur peut servir de source froide à une pompe à chaleur, dans un mode de fonctionnement dit mode de récupération d’énergie. [48] The heat generated by the on-board charging device, during the charging of the battery, is dissipated in a heat transfer fluid. This heat can then be transferred to other parts of the vehicle, by circulating the heat transfer fluid in other heat exchangers. In particular, the heat transfer fluid can serve as a cold source for a heat pump, in an operating mode called energy recovery mode.
[49] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend l’étape : [49] According to one embodiment, the method comprises the step:
- déterminer une température ambiante extérieure, - determine an outside ambient temperature,
- déterminer une température réelle de la batterie, - determine the actual battery temperature,
- déterminer la valeur de consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie à partir de la température minimale déterminée et à partir de la température réelle de la batterie déterminée. [50] La détermination de la température ambiante extérieure permet d’estimer le besoin de chauffage de l’habitacle. La détermination de la température réelle de la batterie permet d’estimer la quantité de chaleur pouvant être récupérée de la batterie tout en maintenant celle-ci à une température suffisante. En effet, la batterie présentant une inertie thermique élevée en raison de sa masse importante et de la nature des matériaux utilisés, il est possible d’utiliser la batterie elle-même comme source froide d’une pompe à chaleur, sans affecter significativement sa température. D’une manière similaire, il est possible d’utiliser le dispositif de charge embarqué comme source froide d’une pompe à chaleur. - determine the set value of the quantity of electrical energy to be supplied to the battery from the minimum temperature determined and from the actual temperature of the battery determined. [50] Determining the outside ambient temperature makes it possible to estimate the heating requirement of the passenger compartment. Determining the actual temperature of the battery makes it possible to estimate the amount of heat that can be recovered from the battery while maintaining it at a sufficient temperature. Indeed, since the battery has a high thermal inertia due to its large mass and the nature of the materials used, it is possible to use the battery itself as a cold source for a heat pump, without significantly affecting its temperature. In a similar manner, it is possible to use the on-board charging device as a cold source for a heat pump.
[51] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend l’étape : [51] According to one embodiment, the method comprises the step:
- déterminer une température réelle d’un habitacle du véhicule, - determine the actual temperature of a vehicle interior,
- déterminer la valeur de consigne de quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie à partir de la température minimale déterminée, à partir de la température réelle de la batterie déterminée, et à partir de la température réelle de l’habitacle déterminée. - determine the set value of the quantity of electrical energy to be supplied to the battery from the minimum temperature determined, from the actual temperature of the battery determined, and from the actual temperature of the passenger compartment determined.
[52] En plus des paramètres précédemment listés, le calcul de la valeur de consigne de quantité d’énergie électrique à fournir peut prendre en compte la température réelle de l’habitacle. En effet, cette information permet d’estimer plus précisément la quantité de chaleur à fournir à l’habitacle pour assurer la température de confort. [52] In addition to the parameters listed above, the calculation of the set value for the quantity of electrical energy to be supplied can take into account the actual temperature of the passenger compartment. Indeed, this information makes it possible to estimate more precisely the quantity of heat to be supplied to the passenger compartment to ensure the comfort temperature.
[53] La divulgation se rapporte également à un système de gestion d’énergie électrique d’un véhicule électrique, comportant : [53] The disclosure also relates to an electrical energy management system of an electric vehicle, comprising:
- une batterie de stockage d’énergie électrique configurée pour fournir de l’énergie électrique à un moteur électrique de propulsion d’un véhicule et pour recevoir de l’énergie électrique d’un dispositif de charge, - an electrical energy storage battery configured to supply electrical energy to an electric propulsion motor of a vehicle and to receive electrical energy from a charging device,
- un dispositif de commande d’un dispositif de charge de la batterie, - a control device for a battery charging device,
- un élément d’une chaine de traction électrique du véhicule, configuré pour être parcouru par un courant électrique et pour s’échauffer lorsque la batterie reçoit de l’énergie électrique, - an element of an electric drive chain of the vehicle, configured to be traversed by an electric current and to heat up when the battery receives electrical energy,
- une unité électronique de contrôle configurée pour mettre en œuvre un procédé tel que décrit précédemment. - an electronic control unit configured to implement a method as described above.
[54] La divulgation concerne aussi un système de conditionnement thermique comportant : - un système de gestion d’énergie électrique comme décrit auparavant, [54] The disclosure also relates to a thermal conditioning system comprising: - an electrical energy management system as described above,
- un circuit de fluide réfrigérant configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant comportant : - a refrigerant circuit configured to circulate a refrigerant, the refrigerant circuit comprising:
-- un dispositif de compression, -- a compression device,
-- un premier échangeur de chaleur couplé thermiquement avec un flux d’air intérieur à un habitacle du véhicule, -- a first heat exchanger thermally coupled with an air flow inside a vehicle passenger compartment,
- un deuxième échangeur de chaleur couplé thermiquement avec l’élément de la chaine de traction électrique du véhicule, configuré pour fonctionner en évaporateur du fluide réfrigérant. - a second heat exchanger thermally coupled with the element of the vehicle's electric drive chain, configured to operate as an evaporator of the refrigerant fluid.
- un troisième échangeur de chaleur couplé thermiquement avec un flux d’air extérieur au véhicule, le troisième échangeur de chaleur étant configuré pour fonctionner au moins en évaporateur. - a third heat exchanger thermally coupled with an air flow outside the vehicle, the third heat exchanger being configured to operate at least as an evaporator.
[55] Selon un mode de réalisation, le système de conditionnement thermique comprend un quatrième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule. [55] According to one embodiment, the thermal conditioning system comprises a fourth heat exchanger configured to exchange heat with an air flow inside the vehicle cabin.
[56] Selon un exemple de réalisation du système de conditionnement thermique, le circuit de fluide réfrigérant comporte : [56] According to an exemplary embodiment of the thermal conditioning system, the refrigerant circuit comprises:
- Une boucle principale comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant : - A main loop comprising successively according to the direction of travel of the refrigerant fluid:
-- Un dispositif de compression, -- A compression device,
-- Un échangeur de chaleur dit premier échangeur de chaleur, couplé thermiquement avec un flux d’air intérieur à l’habitacle du véhicule, -- A heat exchanger called the first heat exchanger, thermally coupled with an air flow inside the vehicle passenger compartment,
-- Un premier dispositif de détente, -- A first relaxation device,
-- Un échangeur de chaleur dit deuxième échangeur de chaleur, couplé thermiquement avec un élément d’une chaine de traction électrique du véhicule,-- A heat exchanger called a second heat exchanger, thermally coupled with an element of an electric traction chain of the vehicle,
- Une première branche de dérivation reliant un premier point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du premier échangeur et en amont du premier dispositif de détente à un deuxième point de raccordement disposé sur la boucle principale en aval du deuxième échangeur de chaleur et en amont du dispositif de compression, la première branche de dérivation comportant successivement un deuxième dispositif de détente et un échangeur de chaleur, dit troisième échangeur de chaleur, configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur à l’habitacle du véhicule, - A first branch connection connecting a first connection point arranged on the main loop downstream of the first exchanger and upstream of the first expansion device to a second connection point arranged on the main loop downstream of the second heat exchanger and upstream of the compression device, the first branch connection successively comprising a second expansion device and a heat exchanger, called a third heat exchanger, configured to exchange heat with a flow outside air into the vehicle interior,
- 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 deuxième point de raccordement et en amont du compresseur, la deuxième branche de dérivation comportant successivement un troisième dispositif de détente et un quatrième échangeur de chaleur configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur à l’habitacle, - A second 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 second connection point and upstream of the compressor, the second branch successively comprising a third expansion device and a fourth heat exchanger configured to exchange heat with an air flow inside the passenger compartment,
- Une troisième branche de dérivation reliant un cinquième point de raccordement disposé sur la première branche de dérivation en aval du troisième échangeur et en amont du deuxième point de raccordement à un sixième point de raccordement disposé sur la boucle principale entre le troisième point de raccordement et le premier détendeur. - A third branch connecting a fifth connection point arranged on the first branch downstream of the third exchanger and upstream of the second connection point to a sixth connection point arranged on the main loop between the third connection point and the first pressure reducer.
[57] La boucle principale peut comprendre une première vanne d’arrêt disposée entre le premier point de raccordement et le troisième point de raccordement. [57] The main loop may include a first shutoff valve disposed between the first connection point and the third connection point.
[58] La première branche de dérivation peut comprendre une deuxième vanne d’arrêt disposée entre le premier point de raccordement et le cinquième point de raccordement. [58] The first branch may include a second shutoff valve disposed between the first connection point and the fifth connection point.
[59] La première branche de dérivation peut comprendre une troisième vanne d’arrêt disposée entre le cinquième point de raccordement et le deuxième point de raccordement. [59] The first branch may include a third shutoff valve disposed between the fifth connection point and the second connection point.
[60] La troisième branche de dérivation peut comprendre une vanne unidirectionnelle configurée pour interdire une circulation de fluide réfrigérant du sixième point de raccordement vers le cinquième point de raccordement et configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant du cinquième point de raccordement vers le sixième point de raccordement. [60] The third bypass branch may include a one-way valve configured to prohibit flow of refrigerant from the sixth connection point to the fifth connection point and configured to allow flow of refrigerant from the fifth connection point to the sixth connection point.
[61] Selon un mode de réalisation, la boucle principale comprend un dispositif d’accumulation de fluide réfrigérant disposé en aval du quatrième point de raccordement et en amont du compresseur. [62] La divulgation se rapporte également à un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le système de gestion d’énergie électrique à mettre en oeuvre le procédé décrit auparavant. [61] According to one embodiment, the main loop comprises a refrigerant fluid accumulation device arranged downstream of the fourth connection point and upstream of the compressor. [62] The disclosure also relates to a computer program comprising instructions which cause the electrical energy management system to implement the method described above.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
[63] 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 : [63] Other features, details and advantages will become apparent from reading the detailed description below, and from analyzing the attached drawings, in which:
[64] [Fig. 1 ] est une vue schématique de côté d’un véhicule équipé d’un système de conditionnement thermique et un système de gestion d’énergie électrique sur lequel le procédé proposé est mis en œuvre, [64] [Fig. 1] is a schematic side view of a vehicle equipped with a thermal conditioning system and an electrical energy management system on which the proposed method is implemented,
[65] [Fig. 2] est une vue schématique d’une unité électronique de contrôle pouvant mettre en œuvre le procédé proposé, [65] [Fig. 2] is a schematic view of an electronic control unit capable of implementing the proposed method,
[66] [Fig. 3] représente l’évolution temporelle de plusieurs paramètres illustrant le procédé de contrôle, [66] [Fig. 3] represents the temporal evolution of several parameters illustrating the control process,
[67] [Fig. 4] représente l’évolution temporelle de l’état de charge de la batterie lorsqu’un système de gestion d’énergie électrique selon l’état de l’art est utilisé, [67] [Fig. 4] shows the temporal evolution of the battery charge state when a state-of-the-art electrical energy management system is used,
[68] [Fig. 5] représente l’évolution temporelle de l’état de charge de la batterie lorsque le système de gestion d’énergie électrique proposé est utilisé, [68] [Fig. 5] represents the temporal evolution of the battery state of charge when the proposed electrical energy management system is used,
[69] [Fig. 6] est une vue schématique d’un système de conditionnement thermique sur lequel le procédé proposé est mis en œuvre, [69] [Fig. 6] is a schematic view of a thermal conditioning system on which the proposed method is implemented,
[70] [Fig. 7] est une vue schématique du système de conditionnement thermique de la figure 6, fonctionnant selon un mode de fonctionnement dit « récupération d’énergie », [70] [Fig. 7] is a schematic view of the thermal conditioning system of Figure 6, operating in a mode called “energy recovery”,
[71] [Fig. 8] est un schéma bloc du procédé de contrôle selon l’invention. [71] [Fig. 8] is a block diagram of the control method according to the invention.
Description des modes de réalisation Description of the embodiments
[72] 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. [72] In order to facilitate the reading of the figures, the different elements are not necessarily represented to scale. In these figures, identical elements bear the same references. Certain elements or parameters may be indexed, that is to say designated for example by first element or second element, or even first parameter and second parameter, etc. This indexing is intended to differentiate between similar, but not identical, elements or parameters. This indexing does not imply a priority of one element or parameter over another and the names can be interchanged.
[73] 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. 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. [73] In the following description, the term "a first element upstream of a second element" means that the first element is placed before the second element relative to the direction of circulation, or path, of a fluid. Similarly, the term "a first element downstream of a second element" means that the first element is placed after the second element relative to the direction of circulation, or path, of the fluid in question. In the case of the refrigerant circuit, 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 exits the compression device, possibly passes through one or more elements, then passes through the first element, then the second element, then returns to the compression device, possibly after passing through other elements. The term "a second element is placed between a first element and a third element" means that the shortest path to pass from the first element to the third element passes through the second element.
[74] 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. [74] When it is specified that a subsystem comprises a given element, this does not exclude the presence of other elements in this subsystem.
[75] On a représenté sur la figure 1 un véhicule électrique 100. Le véhicule électrique 100 comprend une batterie 1 de stockage d’énergie électrique alimentant électriquement un moteur électrique 2 assurant la propulsion du véhicule. Un onduleur, non représenté, alimente le moteur électrique 2 en courant électrique. On entend par propulsion du véhicule le fait de déplacer le véhicule en fournissant une puissance mécanique à au moins une roue motrice, que ce soit par un système de transmission de puissance aux roues avant, aux roues arrière, ou à l’ensemble des roues du véhicule. Le véhicule comporte un système de gestion d’énergie électrique 70 qui contrôle notamment les phases de recharge de la batterie 1 . [75] FIG. 1 shows an electric vehicle 100. The electric vehicle 100 comprises a battery 1 for storing electrical energy electrically supplying an electric motor 2 providing propulsion of the vehicle. An inverter, not shown, supplies the electric motor 2 with electric current. Propulsion of the vehicle means moving the vehicle by providing mechanical power to at least one drive wheel, whether by a power transmission system to the front wheels, the rear wheels, or all of the wheels of the vehicle. The vehicle comprises an electrical energy management system 70 which notably controls the recharging phases of the battery 1.
[76] Le système de gestion d’énergie électrique 70 comporte : [76] The electrical energy management system 70 comprises:
- une batterie 1 de stockage d’énergie électrique configurée pour fournir de l’énergie électrique à un moteur électrique 2 de propulsion d’un véhicule 100 et pour recevoir de l’énergie électrique d’un dispositif de charge 20, 40, - an electrical energy storage battery 1 configured to supply electrical energy to an electric motor 2 for propulsion of a vehicle 100 and to receive electrical energy from a charging device 20, 40,
- un dispositif de commande 5 d’un dispositif de charge 20, 40 de la batterie 1 ,- a control device 5 of a charging device 20, 40 of the battery 1,
- un élément 25, 25’ d’une chaine de traction électrique du véhicule 100, configuré pour être parcouru par un courant électrique et pour s’échauffer lorsque la batterie 1 reçoit de l’énergie électrique, - an element 25, 25’ of an electric drive chain of the vehicle 100, configured to be traversed by an electric current and to heat up when the battery 1 receives electrical energy,
- une unité électronique de contrôle 50, comprenant par exemple au moins un calculateur, une mémoire et un programme d’ordinateur stocké dans la mémoire, et configurée pour mettre en œuvre un procédé de contrôle proposé, qui va être décrit ci-dessous. - an electronic control unit 50, comprising for example at least one calculator, a memory and a computer program stored in the memory, and configured to implement a proposed control method, which will be described below.
[77] Un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le système de gestion d’énergie électrique 70 à mettre en œuvre le procédé est stocké dans la mémoire de l’unité électronique de contrôle 50. [77] A computer program comprising instructions which cause the electrical energy management system 70 to implement the method is stored in the memory of the electronic control unit 50.
[78] Le véhicule 100 comporte également un système de conditionnement thermique 60. Le système de conditionnement thermique 60 permet d’assurer une régulation thermique de plusieurs organes ou sous-système du véhicule. [78] The vehicle 100 also includes a thermal conditioning system 60. The thermal conditioning system 60 makes it possible to ensure thermal regulation of several organs or subsystems of the vehicle.
[79] L’ architecture du système de conditionnement thermique 60 est représentée schématiquement à la figure 6. [79] The architecture of the thermal conditioning system 60 is schematically represented in Figure 6.
[80] Le système de conditionnement thermique 60 comporte : [80] The thermal conditioning system 60 comprises:
- Le système de gestion d’énergie électrique 70, - The electrical energy management system 70,
- un circuit de fluide réfrigérant 10 configuré pour faire circuler un fluide réfrigérant, le circuit de fluide réfrigérant 10 comportant : - a refrigerant circuit 10 configured to circulate a refrigerant, the refrigerant circuit 10 comprising:
-- un dispositif de compression 9, -- a compression device 9,
-- un premier échangeur de chaleur 11 couplé thermiquement avec un flux d’air Fi intérieur à un habitacle du véhicule Fi, -- a first heat exchanger 11 thermally coupled with an air flow Fi inside a passenger compartment of the vehicle Fi,
- un deuxième échangeur de chaleur 12 couplé thermiquement avec l’élément 25, 25’ de la chaine de traction électrique du véhicule 100, configuré pour fonctionner en évaporateur du fluide réfrigérant, - a second heat exchanger 12 thermally coupled with the element 25, 25’ of the electric drive chain of the vehicle 100, configured to operate as an evaporator of the refrigerant fluid,
- un troisième échangeur de chaleur 13 couplé thermiquement avec un flux d’air extérieur Fe au véhicule, le troisième échangeur de chaleur 13 étant configuré pour fonctionner au moins en évaporateur. [81] Selon l’exemple illustré, le système de conditionnement thermique 60 comprend un quatrième échangeur de chaleur 14 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air Fi intérieur à l’habitacle du véhicule Fi. - a third heat exchanger 13 thermally coupled with an external air flow Fe to the vehicle, the third heat exchanger 13 being configured to operate at least as an evaporator. [81] According to the illustrated example, the thermal conditioning system 60 comprises a fourth heat exchanger 14 configured to exchange heat with an air flow Fi inside the passenger compartment of the vehicle Fi.
[82] Le fluide réfrigérant du circuit de fluide réfrigérant 10 est ici un fluide chimique tel que le R1234yf. D’autres fluides réfrigérants peuvent aussi être employés, comme par exemple le R134a, ou le R744. [82] The refrigerant of the refrigerant circuit 10 is here a chemical fluid such as R1234yf. Other refrigerants may also be used, such as for example R134a, or R744.
[83] Une unité électronique de contrôle 50 reçoit des informations de différents capteurs mesurant notamment les caractéristiques du fluide réfrigérant en divers points du circuit. L’unité électronique de contrôle 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 œuvre des lois de contrôle permettant le pilotage des différents actionneurs, afin d’assurer le contrôle du système de conditionnement thermique 60 de façon à assurer les consignes reçues. [83] An electronic control unit 50 receives information from various sensors measuring in particular the characteristics of the refrigerant fluid at various points in the circuit. The electronic control unit 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 control of the various actuators, in order to ensure the control of the thermal conditioning system 60 so as to ensure the instructions received.
[84] 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 Fi peut circuler dans une installation de chauffage, ventilation et/ou climatisation, souvent désignée par le terme Anglais « HVAC » signifiant « Heating, Ventilating and Air Conditioning ». Cette installation n’a pas été représentée sur les différentes figures. Un groupe moto-ventilateur, non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air intérieur Fi. [84] Interior air flow Fi means an air flow to the passenger compartment of the motor vehicle. This interior air flow Fi can circulate in a heating, ventilation and/or air conditioning system, often referred to by the English term “HVAC” meaning “Heating, Ventilating and Air Conditioning”. This system has not been shown in the various figures. A motor-fan unit, not shown, can be activated in order to increase the flow rate of the interior air flow Fi if necessary.
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 autre groupe moto-ventilateur, également non représenté, peut être activé afin d’augmenter si nécessaire le débit du flux d’air extérieur Fe. Ce groupe moto-ventilateur est disposé par exemple dans la face avant du véhicule, c’est-à- dire derrière la calandre du véhicule. An outside air flow Fe is understood to mean an air flow that is not directed towards the vehicle interior. In other words, this air flow Fe remains outside the vehicle interior. Another motor-fan unit, also not shown, can be activated in order to increase the flow rate of the outside air flow Fe if necessary. This motor-fan unit is arranged, for example, in the front of the vehicle, i.e. behind the vehicle radiator grille.
[85] Le circuit de fluide réfrigérant 10 comporte : [85] The refrigerant circuit 10 comprises:
- Une boucle principale A comprenant successivement selon le sens de parcours du fluide réfrigérant : - A main loop A comprising successively according to the direction of flow of the refrigerant fluid:
-- Un dispositif de compression 9, -- A compression device 9,
-- Un échangeur de chaleur 11 dit premier échangeur de chaleur, couplé thermiquement avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle du véhicule, -- A heat exchanger 11 called the first heat exchanger, coupled thermally with an interior air flow Fi to the vehicle cabin,
-- Un premier dispositif de détente 21 , -- A first relaxation device 21,
-- Un échangeur de chaleur 12 dit deuxième échangeur de chaleur, couplé thermiquement avec un élément 25, 25’ d’une chaine de traction électrique du véhicule 100, -- A heat exchanger 12 called the second heat exchanger, thermally coupled with an element 25, 25' of an electric traction chain of the vehicle 100,
- Une première branche de dérivation B reliant un premier point de raccordement C1 disposé sur la boucle principale A en aval du premier échangeur 11 et en amont du premier dispositif de détente 21 à un deuxième point de raccordement C2 disposé sur la boucle principale A en aval du deuxième échangeur de chaleur 12 et en amont du dispositif de compression 9, la première branche de dérivation B comportant successivement un deuxième dispositif de détente 22 et un échangeur de chaleur 13, dit troisième échangeur de chaleur, configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air extérieur Fe à l’habitacle du véhicule, - A first branch B connecting a first connection point C1 arranged on the main loop A downstream of the first exchanger 11 and upstream of the first expansion device 21 to a second connection point C2 arranged on the main loop A downstream of the second heat exchanger 12 and upstream of the compression device 9, the first branch B successively comprising a second expansion device 22 and a heat exchanger 13, called the third heat exchanger, configured to exchange heat with an external air flow Fe to the passenger compartment of the vehicle,
- Une deuxième branche de dérivation C reliant un troisième point de raccordement C3 disposé sur la boucle principale A en aval du premier point de raccordement C1 et en amont du premier dispositif de détente 21 à un quatrième point de raccordement C4 disposé sur la boucle principale A en aval du deuxième point de raccordement C2 et en amont du compresseur 9, la deuxième branche de dérivation C comportant successivement un troisième dispositif de détente 23 et un quatrième échangeur de chaleur 14 configuré pour échanger de la chaleur avec un flux d’air intérieur Fi à l’habitacle, - A second branch C connecting a third connection point C3 arranged on the main loop A downstream of the first connection point C1 and upstream of the first expansion device 21 to a fourth connection point C4 arranged on the main loop A downstream of the second connection point C2 and upstream of the compressor 9, the second branch C successively comprising a third expansion device 23 and a fourth heat exchanger 14 configured to exchange heat with an interior air flow Fi in the passenger compartment,
- Une troisième branche de dérivation D reliant un cinquième point de raccordement C5 disposé sur la première branche de dérivation B en aval du troisième échangeur 13 et en amont du deuxième point de raccordement C2 à un sixième point de raccordement C6 disposé sur la boucle principale A entre le troisième point de raccordement C3 et le premier détendeur 21 . - A third branch D connecting a fifth connection point C5 arranged on the first branch B downstream of the third exchanger 13 and upstream of the second connection point C2 to a sixth connection point C6 arranged on the main loop A between the third connection point C3 and the first pressure reducer 21.
[86] La boucle principale A comprend une première vanne d’arrêt 27 disposée entre le premier point de raccordement C1 et le troisième point de raccordement C3.[86] The main loop A comprises a first stop valve 27 arranged between the first connection point C1 and the third connection point C3.
La première branche de dérivation B comprend une deuxième vanne d’arrêt 28 disposée entre le premier point de raccordement C1 et le cinquième point de raccordement C5. The first branch B comprises a second stop valve 28 arranged between the first connection point C1 and the fifth connection point C5.
La première branche de dérivation B comprend également une troisième vanne d’arrêt 29 disposée entre le cinquième point de raccordement C5 et le deuxième point de raccordement C2. The first branch of derivation B also includes a third valve stop 29 arranged between the fifth connection point C5 and the second connection point C2.
La première vanne d’arrêt 27, la deuxième vanne d’arrêt 28 et la troisième vanne d’arrêt 29 sont des vannes à commande électrique, autrement dit pouvant passer sélectivement d’une position d’ouverture à une position de fermeture, ou inversement, en réponse à une commande électrique. The first stop valve 27, the second stop valve 28 and the third stop valve 29 are electrically controlled valves, in other words capable of selectively moving from an open position to a closed position, or vice versa, in response to an electrical command.
[87] La troisième branche de dérivation D comprend une vanne unidirectionnelle 26 configurée pour interdire une circulation de fluide réfrigérant du sixième point de raccordement C6 vers le cinquième point de raccordement C5 et configurée pour autoriser une circulation de fluide réfrigérant du cinquième point de raccordement C5 vers le sixième point de raccordement C6. [87] The third branch D comprises a one-way valve 26 configured to prohibit a circulation of refrigerant fluid from the sixth connection point C6 to the fifth connection point C5 and configured to authorize a circulation of refrigerant fluid from the fifth connection point C5 to the sixth connection point C6.
La vanne unidirectionnelle 26 est ici un clapet anti-retour. The one-way valve 26 is here a non-return valve.
En variante, le clapet anti-retour peut être remplacé par une vanne à commande électrique. Alternatively, the check valve can be replaced by an electrically operated valve.
[88] Selon l’exemple illustré, la boucle principale A comprend un dispositif d’accumulation 16 de fluide réfrigérant disposé en aval du quatrième point de raccordement C4 et en amont du compresseur 9. Le dispositif d’accumulation 16 est entre le quatrième point de raccordement C4 et l’entrée 9a du compresseur 9. Selon des variantes non illustrées, le dispositif d’accumulation 16 de fluide réfrigérant peut être disposé à un autre emplacement sur le circuit de fluide réfrigérant 10. [88] According to the example illustrated, the main loop A comprises a refrigerant fluid accumulation device 16 arranged downstream of the fourth connection point C4 and upstream of the compressor 9. The accumulation device 16 is between the fourth connection point C4 and the inlet 9a of the compressor 9. According to variants not illustrated, the refrigerant fluid accumulation device 16 may be arranged at another location on the refrigerant fluid circuit 10.
[89] Chacun des dispositifs de détente 21 , 22, 23 employés peut être un détendeur électronique ou un détendeur thermostatique. 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. Pour une position donnée de l’obturateur mobile, on entend par section de passage l’aire d’une section transverse d’un conduit circulaire procurant le même débit, pour un même différentiel de pression entre l’entrée et la sortie du dispositif de détente. [90] Le dispositif de compression 9 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 9 comporte un côté aspiration du fluide réfrigérant à basse pression, encore appelé entrée 9a du dispositif de compression, et un côté refoulement du fluide réfrigérant à haute pression, encore appelé sortie 9b du dispositif de compression 9. Les pièces mobiles internes du compresseur 9 font passer le fluide réfrigérant d’une basse pression côté entrée 9a à une haute pression côté sortie 9b. Après détente dans un ou plusieurs dispositifs de détente, le fluide réfrigérant sortant du compresseur 9 revient à l’entrée 9a du compresseur 9 et recommence un nouveau cycle thermodynamique. [89] Each of the expansion devices 21, 22, 23 used may be an electronic expansion valve or a thermostatic expansion valve. In the case of an electronic expansion valve, the passage section allowing the refrigerant fluid to pass can be adjusted continuously between a closed position and a maximum open position. For this, the control unit of the system controls an electric motor which moves a movable shutter controlling the passage section offered to the refrigerant fluid. For a given position of the movable shutter, the passage section is understood to mean the area of a transverse section of a circular conduit providing the same flow rate, for the same pressure differential between the inlet and the outlet of the expansion device. [90] The compression device 9 may be an electric compressor, i.e. a compressor whose moving parts are driven by an electric motor. The compression device 9 comprises a suction side for the refrigerant fluid at low pressure, also called the inlet 9a of the compression device, and a discharge side for the refrigerant fluid at high pressure, also called the outlet 9b of the compression device 9. The internal moving parts of the compressor 9 cause the refrigerant fluid to pass from a low pressure on the inlet side 9a to a high pressure on the outlet side 9b. After expansion in one or more expansion devices, the refrigerant fluid leaving the compressor 9 returns to the inlet 9a of the compressor 9 and begins a new thermodynamic cycle.
[91] Chaque point de raccordement C1 à C6 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 la, ou des, vanne d’arrêt, clapet 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. [91] Each connection point C1 to C6 allows the refrigerant to pass into one or other of the circuit portions joining at this connection point. The distribution of the refrigerant between the circuit portions joining at a connection point is done by adjusting the opening or closing of the stop valve(s), non-return valve or expansion device included on each of the branches. In other words, each connection point is a means of redirecting the refrigerant arriving at this connection point.
[92] Il est ici proposé un procédé de contrôle d’un système de gestion d’énergie électrique 70 d’un véhicule électrique 100. [92] A method of controlling an electrical energy management system 70 of an electric vehicle 100 is proposed here.
Le système de gestion d’énergie électrique 70 comporte : The electrical energy management system 70 includes:
- une batterie 1 de stockage d’énergie électrique configurée pour fournir de l’énergie électrique à un moteur électrique 2 de propulsion du véhicule 100 et pour recevoir de l’énergie électrique d’un dispositif de charge 20, 40, - an electrical energy storage battery 1 configured to supply electrical energy to an electric motor 2 for propulsion of the vehicle 100 and to receive electrical energy from a charging device 20, 40,
- un dispositif de commande 5 du dispositif de charge 20, 40 de la batterie 1 ,- a control device 5 of the charging device 20, 40 of the battery 1,
- un élément 25, 25’ d’une chaine de traction électrique du véhicule 100, configuré pour être parcouru par un courant électrique et pour s’échauffer lorsque la batterie 1 reçoit de l’énergie électrique. - an element 25, 25’ of an electric traction chain of the vehicle 100, configured to be traversed by an electric current and to heat up when the battery 1 receives electrical energy.
Le procédé comprend les étapes : The process includes the steps:
(i) recevoir une information de trajet du véhicule vers un point d’arrivée prédéfini A,(i) receive journey information from the vehicle to a predefined arrival point A,
(ii) déterminer un horaire T0 de début du trajet, (ii) determine a time T0 for the start of the journey,
(iii) déterminer une consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 pour que l’élément 25, 25’ de la chaine de traction reçoive une quantité de chaleur Q supérieure à une valeur minimale prédéterminée Qmin, (iii) determine a setpoint C for the quantity of electrical energy E to be supplied to the battery 1 so that the element 25, 25' of the traction chain receives a quantity heat Q greater than a predetermined minimum value Qmin,
(vi) déterminer une durée d’activation D du dispositif de charge 20, 40 permettant de fournir à la batterie 1 une quantité d’énergie électrique E supérieure ou égale à la consigne C déterminée, (vi) determining an activation duration D of the charging device 20, 40 making it possible to supply the battery 1 with a quantity of electrical energy E greater than or equal to the determined setpoint C,
(vii) activer un dispositif de charge 20, 40 pendant la durée d’activation D déterminée de façon à fournir à la batterie 1 une quantité d’énergie électrique E supérieure ou égale à la consigne C déterminée, une fin d’activation du dispositif de charge 20, 40 étant préalable à l’horaire T0 de début du trajet. (vii) activating a charging device 20, 40 for the determined activation duration D so as to provide the battery 1 with a quantity of electrical energy E greater than or equal to the determined setpoint C, an end of activation of the charging device 20, 40 being prior to the time T0 of the start of the journey.
[93] L’ information de trajet est une information indiquant qu’un trajet du véhicule vers un point d’arrivée prédéfini A est prévu, c’est-à-dire planifié. [93] Journey information is information indicating that a journey of the vehicle to a predefined arrival point A is planned, i.e. scheduled.
L’horaire T0 de début du trajet est un horaire prévisionnel. The T0 start time of the journey is a provisional time.
La quantité d’énergie électrique E est fournie à la batterie 1 préalablement au début du trajet. Autrement dit, la fin d’activation du dispositif de charge se produit avant l’horaire T0 de début du trajet. La recharge de la batterie 1 est terminée au moment où le trajet prévu débute. The amount of electrical energy E is supplied to battery 1 prior to the start of the journey. In other words, the end of activation of the charging device occurs before the start time T0 of the journey. The recharging of battery 1 is completed by the time the planned journey begins.
[94] Une durée P entre une fin d’activation du dispositif de charge 20, 40 et l’horaire T0 de début du trajet est inférieure à un seuil prédéterminé S. [94] A duration P between the end of activation of the charging device 20, 40 and the time T0 of the start of the journey is less than a predetermined threshold S.
[95] L’ élément 25, 25’ de la chaine de traction s’échauffe lors de la charge de la batterie 1 en raison de la circulation du courant électrique. La charge de la batterie 1 est déclenchée suffisamment tard pour que la chaleur générée dans l’élément 25, 25’ de la chaine de traction lors de la charge de la batterie 1 n’ait pas le temps d’être dissipée dans l’air ambiant. La chaleur dégagée par la recharge de la batterie 1 reste ainsi emmagasinée par l’élément 25, 25’ de la chaine de traction. Cette chaleur peut ensuite être réutilisée pour participer au conditionnement thermique d’autres organes du véhicule, par exemple pour chauffer l’habitacle du véhicule. L’énergie thermique à fournir au cours du trajet du véhicule est ainsi minimisée, ce qui permet de maximiser l’efficacité énergétique du véhicule. [95] The element 25, 25’ of the drive train heats up when charging the battery 1 due to the flow of electric current. Charging of the battery 1 is triggered late enough so that the heat generated in the element 25, 25’ of the drive train when charging the battery 1 does not have time to be dissipated into the ambient air. The heat released by recharging the battery 1 thus remains stored by the element 25, 25’ of the drive train. This heat can then be reused to participate in the thermal conditioning of other parts of the vehicle, for example to heat the passenger compartment of the vehicle. The thermal energy to be provided during the journey of the vehicle is thus minimized, which makes it possible to maximize the energy efficiency of the vehicle.
[96] Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, l’élément 25 de la chaine de traction électrique du véhicule 100 est la batterie 1 de stockage d’énergie électrique du véhicule. [96] According to an example of implementation of the method, the element 25 of the electric traction chain of the vehicle 100 is the battery 1 for storing electrical energy of the vehicle.
Autrement dit, l’élément de la chaine de traction qui est réchauffé par la charge de la batterie 1 peut être la batterie 1 elle-même. La chaleur stockée par la batterie 1 est ainsi utilisée. La batterie 1 est ainsi à la fois un moyen de stockage d’énergie électrique, et aussi un moyen de stockage d’énergie thermique. In other words, the element of the drive train that is heated by the charge of battery 1 can be battery 1 itself. The heat stored by battery 1 is thus used. Battery 1 is thus both a means of storing electrical energy, and also a means of storing thermal energy.
[97] La batterie 1 peut être couplée thermiquement à un liquide caloporteur. [97] Battery 1 may be thermally coupled to a heat transfer fluid.
La batterie 1 peut échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans un circuit de liquide caloporteur 30. The battery 1 can exchange heat with a heat transfer fluid circulating in a heat transfer fluid circuit 30.
Une pompe, non représentée, permet de faire circuler le liquide caloporteur dans le circuit 30. A pump, not shown, allows the heat transfer fluid to circulate in the circuit 30.
[98] Selon un autre exemple de mise en œuvre du procédé, l’élément 25’ de la chaine de traction électrique du véhicule 100 est un dispositif de charge 20 de la batterie 1 embarqué sur le véhicule 100, couplé thermiquement à un liquide caloporteur. [98] According to another example of implementation of the method, the element 25’ of the electric traction chain of the vehicle 100 is a charging device 20 of the battery 1 on board the vehicle 100, thermally coupled to a heat transfer fluid.
Le dispositif de charge 20 de la batterie 1 peut échanger de la chaleur avec un liquide caloporteur circulant dans un circuit de liquide caloporteur 30. The charging device 20 of the battery 1 can exchange heat with a heat transfer fluid circulating in a heat transfer fluid circuit 30.
[99] Autrement dit, l’élément 25’ de la chaine de traction qui est réchauffé par la charge de la batterie 1 peut être un dispositif de charge embarqué 20. La chaleur générée par le dispositif de charge 20 embarqué, au cours de la charge de la batterie 1 , est dissipée dans un liquide caloporteur. Comme précédemment, cette chaleur peut ensuite être transférée vers d’autres organes du véhicule, en faisant circuler le liquide caloporteur dans d’autres échangeurs de chaleur. En particulier, le liquide caloporteur peut servir de source froide à une pompe à chaleur dans un fonctionnement selon un mode de récupération d’énergie. [99] In other words, the element 25′ of the drive train which is heated by the charging of the battery 1 may be an on-board charging device 20. The heat generated by the on-board charging device 20, during the charging of the battery 1, is dissipated in a heat transfer fluid. As previously, this heat may then be transferred to other components of the vehicle, by circulating the heat transfer fluid in other heat exchangers. In particular, the heat transfer fluid may serve as a cold source for a heat pump in an operation according to an energy recovery mode.
[100] La figure 2 décrit schématiquement les différents composants du système de gestion d’énergie électrique 70. [100] Figure 2 schematically describes the various components of the electrical energy management system 70.
[101] Le système de gestion d’énergie électrique 70 comprend un dispositif de planification 3 des trajets du véhicule 100. [101] The electrical energy management system 70 comprises a device 3 for planning the journeys of the vehicle 100.
[102] Le dispositif de planification 3 des trajets du véhicule 100 peut définir un horaire d’arrivée souhaité par le conducteur. [102] The vehicle 100's route planning device 3 can define an arrival time desired by the driver.
Le dispositif de planification 3 des trajets du véhicule 100 peut définir un horaire de départ souhaité par le conducteur. The vehicle 100's route planning device 3 can define a departure time desired by the driver.
[103] Le point d’arrivée A du trajet peut être défini par le dispositif de planification 3 des trajets du véhicule 100. [104] Le point d’arrivée prédéfini A peut être défini par un système de guidage 6 embarqué du véhicule 100. [103] The arrival point A of the journey can be defined by the journey planning device 3 of the vehicle 100. [104] The predefined arrival point A can be defined by an on-board guidance system 6 of the vehicle 100.
Le point d’arrivée prédéfini A peut être la destination initialement prévue pour le trajet. The predefined arrival point A can be the destination initially planned for the journey.
Le point d’arrivée prédéfini A peut également être une borne de recharge 40, dans le cas le trajet prévu est plus long que l’autonomie maximale d’un véhicule. The predefined arrival point A can also be a charging station 40, in the case the planned journey is longer than the maximum autonomy of a vehicle.
Dans ce cas, le point d’arrivée prédéfini A est une étape intermédiaire du trajet. In this case, the predefined arrival point A is an intermediate stage of the journey.
[105] Le système de gestion d’énergie électrique 70 comprend un dispositif de détermination 4 d’une énergie électrique disponible E_D de la batterie 1 . [105] The electrical energy management system 70 comprises a device 4 for determining an available electrical energy E_D of the battery 1.
L’énergie électrique disponible E_D de la batterie 1 peut être une quantité absolue. L’énergie électrique disponible E_D de la batterie 1 peut aussi être une quantité relative, c’est-à-dire exprimée en fraction ou en pourcentage d’une valeur maximale correspondant à la capacité maximale de la batterie 1 . The available electrical energy E_D of battery 1 can be an absolute quantity. The available electrical energy E_D of battery 1 can also be a relative quantity, i.e. expressed as a fraction or percentage of a maximum value corresponding to the maximum capacity of battery 1.
[106] Le système de gestion d’énergie électrique 70 comprend un dispositif de commande 5 du dispositif de charge 20, 40 de la batterie 1 . [106] The electrical energy management system 70 comprises a control device 5 of the charging device 20, 40 of the battery 1.
Le dispositif de commande 5 du dispositif de charge 20, 40 de la batterie 1 est configuré pour sélectivement activer ou désactiver le dispositif de charge 20, 40 de la batterie 1 . The control device 5 of the charging device 20, 40 of the battery 1 is configured to selectively activate or deactivate the charging device 20, 40 of the battery 1.
[107] Le dispositif de charge de la batterie 1 peut être un chargeur 20 embarqué sur le véhicule 100. Autrement dit, l’organe électrique fournissant le courant de charge à la batterie 1 fait partie du véhicule. Le chargeur embarqué est connecté, lors d’une phase de recharge, à un réseau électrique R. Le réseau électrique peut être dans ce cas un réseau électrique domestique, par exemple équipant le garage du véhicule. [107] The battery charging device 1 may be a charger 20 on board the vehicle 100. In other words, the electrical component supplying the charging current to the battery 1 is part of the vehicle. The on-board charger is connected, during a recharging phase, to an electrical network R. The electrical network may in this case be a domestic electrical network, for example equipping the vehicle's garage.
Le dispositif de charge de la batterie 1 peut aussi être une borne de recharge 40 extérieure au véhicule, par exemple une borne de recharge haute puissance. La borne de recharge haute puissance peut aussi être appelée borne de recharge rapide. The battery charging device 1 may also be a charging station 40 external to the vehicle, for example a high-power charging station. The high-power charging station may also be called a fast charging station.
La borne haute puissance est connectée à un réseau électrique R’. Le réseau électrique R’ peut alimenter un ensemble de bornes de recharge rapide faisant partie d’une station de recharge. [108] Le dispositif de charge 20, 40 peut être activé entre un instant de début d’activation Ti et un instant de fin d’activation Tf. The high-power terminal is connected to an electrical network R'. The electrical network R' can supply a set of fast charging terminals forming part of a charging station. [108] The charging device 20, 40 can be activated between an activation start time Ti and an activation end time Tf.
L’écart entre l’instant de début d’activation Ti et l’instant de fin d’activation Tf correspond à une durée d’activation D pendant laquelle la batterie est rechargée, c’est-à-dire reçoit de l’énergie électrique. The gap between the activation start time Ti and the activation end time Tf corresponds to an activation duration D during which the battery is recharged, i.e. receives electrical energy.
L’instant de fin d’activation Tf est antérieur à l’horaire T0 de début du trajet, c’est-à- dire que la fin d’activation se produit avant le début du trajet. The activation end time Tf is before the journey start time T0, i.e. the activation end occurs before the journey starts.
[109] Le système de gestion d’énergie électrique 70 comprend un module de contrôle 7 configuré pour déterminer une énergie électrique nécessaire pour atteindre un point d’arrivée prédéfini A. [109] The electrical energy management system 70 comprises a control module 7 configured to determine an electrical energy required to reach a predefined arrival point A.
Le calcul réalisé prend en compte la distance à parcourir et peut prendre en compte les conditions de circulation prévues, qui influent sur la vitesse maximale réalisable et donc sur la consommation énergétique le long du parcours. Le calcul réalisé peut aussi prendre en compte le profil du parcours, c’est-à-dire les pentes présentes sur le parcours, montantes ou descendantes. The calculation carried out takes into account the distance to be covered and can take into account the expected traffic conditions, which influence the maximum achievable speed and therefore the energy consumption along the route. The calculation carried out can also take into account the profile of the route, i.e. the slopes present on the route, whether uphill or downhill.
[110] Le dispositif de planification 3 des trajets du véhicule, le dispositif de détermination 4 d’une énergie électrique disponible de la batterie 1 , le dispositif de commande 5 du dispositif de charge 20, 40 de la batterie 1 , le module de contrôle 7 de détermination d’une énergie électrique nécessaire pour atteindre un point d’arrivée prédéfini A et le système de guidage 6 peuvent communiquer avec l’unité électronique de contrôle 50, ou faire partie de l’unité électronique de contrôle 50. [110] The vehicle route planning device 3, the device 4 for determining an available electrical energy of the battery 1, the control device 5 of the charging device 20, 40 of the battery 1, the control module 7 for determining an electrical energy required to reach a predefined arrival point A and the guidance system 6 can communicate with the electronic control unit 50, or be part of the electronic control unit 50.
[111] L’étape (ii) de détermination de l’horaire T0 de début du trajet peut comprendre les sous-étapes : [111] Step (ii) of determining the time T0 for the start of the journey may include the following sub-steps:
- déterminer un temps de trajet prévisionnel jusqu’au point d’arrivée prédéfini A,- determine an estimated travel time to the predefined arrival point A,
- déterminer l’horaire T0 de début du trajet à partir d’un horaire d’arrivée souhaité par le conducteur et à partir du temps de trajet prévisionnel déterminé. - determine the start time T0 of the journey from an arrival time desired by the driver and from the estimated journey time determined.
[112] A l’étape (ii) de détermination de l’horaire T0 de début du trajet, l’horaire T0 de début du trajet peut être un horaire de départ souhaité par le conducteur. [112] In step (ii) of determining the journey start time T0, the journey start time T0 may be a departure time desired by the driver.
L’horaire T0 de début du trajet est un horaire prévisionnel. The T0 start time of the journey is a provisional time.
[113] Le conducteur peut ainsi définir directement son horaire de départ prévu, ou bien son horaire d’arrivée souhaité. [114] L’étape (iv) de détermination de la quantité d’énergie électrique E_F à fournir à la batterie 1 pour atteindre le point d'arrivée prédéfini A peut comprendre les sous- étapes : [113] The driver can thus directly define his planned departure time, or his desired arrival time. [114] Step (iv) of determining the quantity of electrical energy E_F to be supplied to the battery 1 to reach the predefined arrival point A may comprise the sub-steps:
- déterminer une quantité d’énergie électrique disponible E_D de la batterie 1 ,- determine a quantity of available electrical energy E_D from battery 1,
- déterminer une quantité d’énergie électrique E_A consommée par le véhicule pour atteindre le point d'arrivée prédéfini A, et la quantité d’énergie électrique E_F à fournir à la batterie 1 pour atteindre le point d'arrivée prédéfini A est égale à la plus grande valeur entre la différence entre la quantité d’énergie électrique E_A consommée par le véhicule pour atteindre le point d'arrivée prédéfini A et la quantité d’énergie électrique disponible E_D de la batterie 1 , et la valeur 0. - determine a quantity of electrical energy E_A consumed by the vehicle to reach the predefined arrival point A, and the quantity of electrical energy E_F to be supplied to the battery 1 to reach the predefined arrival point A is equal to the greatest value between the difference between the quantity of electrical energy E_A consumed by the vehicle to reach the predefined arrival point A and the quantity of electrical energy available E_D from the battery 1, and the value 0.
[115] Autrement dit, lorsque la quantité d’énergie électrique E_A consommée sur le trajet prévu est inférieure à la quantité d’énergie électrique disponible E_D dans la batterie 1 , il n’est pas nécessaire de recharger la batterie 1 pour atteindre le point d’arrivée A. La différence calculée est négative, on retient donc la valeur nulle. Aucune recharge n’est nécessaire pour le critère autonomie du véhicule, et une recharge sera effectuée uniquement dans le but de récupérer les pertes thermiques générées par la recharge de la batterie. [115] In other words, when the amount of electrical energy E_A consumed on the planned journey is less than the amount of electrical energy available E_D in battery 1, it is not necessary to recharge battery 1 to reach the arrival point A. The calculated difference is negative, so the zero value is retained. No recharging is necessary for the vehicle autonomy criterion, and recharging will be carried out only for the purpose of recovering the thermal losses generated by recharging the battery.
[116] L’étape (vi) de détermination de la durée d’activation du dispositif de charge 20, 40 peut comprendre les sous-étapes : [116] Step (vi) of determining the activation duration of the charging device 20, 40 may comprise the sub-steps:
- déterminer une puissance électrique Pel fournie par le dispositif de charge 20, 40,- determine an electrical power Pel supplied by the charging device 20, 40,
- déterminer une durée d’activation D du dispositif de charge 20, 40 à partir de la consigne C déterminée et à partir de la puissance électrique Pel déterminée. - determine an activation duration D of the charging device 20, 40 from the determined setpoint C and from the determined electrical power Pel.
[117] L’étape (vii) d’activation du dispositif de charge 20 peut comprendre les sous- étapes : [117] Step (vii) of activating the charging device 20 may comprise the sub-steps:
- déterminer un instant d’activation Ti du dispositif de charge 20, 40 à partir de l’horaire T0 de début du trajet, à partir de la durée d’activation D déterminée et à partir du seuil prédéterminé S, - determine an activation time Ti of the charging device 20, 40 from the time T0 of the start of the journey, from the activation duration D determined and from the predetermined threshold S,
- déterminer un instant de désactivation Tf du dispositif de charge 20, 40 à partir de l’instant d’activation Ti et à partir de la durée d’activation D déterminée, - determine a deactivation time Tf of the charging device 20, 40 from the activation time Ti and from the determined activation duration D,
- activer le dispositif de charge 20, 40 entre I’ instant d’activation Ti et l’instant de désactivation Tf. [118] La figure 3 illustre schématiquement le déroulement d’une opération de recharge de la batterie 1 et de roulage du véhicule. - activate the charging device 20, 40 between the activation time Ti and the deactivation time Tf. [118] Figure 3 schematically illustrates the progress of an operation of recharging battery 1 and driving the vehicle.
[119] Sur cette figure, la courbe G1 représente l’état de la commande du dispositif de charge 20, 40 en fonction du temps. L’état 1 correspond à un état d’activation du dispositif de charge, et l’état 0 correspond à un état de désactivation du dispositif de charge. [119] In this figure, curve G1 represents the state of the control of the charging device 20, 40 as a function of time. State 1 corresponds to a state of activation of the charging device, and state 0 corresponds to a state of deactivation of the charging device.
La courbe G2 représente l’évolution de l’énergie électrique reçue E_R par la batterie 1 , en fonction du temps. Curve G2 represents the evolution of the electrical energy received E_R by battery 1, as a function of time.
La courbe G3 représente la quantité de chaleur Q reçue par l’élément 25, 25’ de la chaine de traction électrique, en fonction du temps. Curve G3 represents the quantity of heat Q received by element 25, 25’ of the electric traction chain, as a function of time.
La courbe G4 représente la distance parcourue par le véhicule 100 en fonction du temps. Curve G4 represents the distance traveled by vehicle 100 as a function of time.
[120] Comme indiqué sur la courbe G1 , le dispositif de charge est désactivé entre l’instant t=0 et l’instant t=Ti. L’instant t=Ti correspond au début de l’activation du dispositif de charge, et cet état d’activation est maintenu jusqu’à l’instant t=Tf. [120] As shown in curve G1, the charging device is deactivated between time t=0 and time t=Ti. Time t=Ti corresponds to the start of the activation of the charging device, and this activation state is maintained until time t=Tf.
La quantité d’énergie électrique reçue par la batterie 1 augmente progressivement entre les instants Ti et Tf, puis n’évolue plus, comme indiqué sur la courbe G2. La valeur de consigne C est atteinte à l’instant Tf. The amount of electrical energy received by battery 1 increases progressively between times Ti and Tf, then no longer changes, as indicated on curve G2. The set value C is reached at time Tf.
Comme indiqué par la courbe G3, la quantité de chaleur reçue par l’élément 25, 25’ de la chaine de traction augmente également progressivement entre les instants Ti et Tf, en raison de réchauffement provoqué par la circulation du courant électrique rechargeant la batterie 1 . As indicated by curve G3, the quantity of heat received by element 25, 25' of the traction chain also increases progressively between times Ti and Tf, due to the heating caused by the circulation of the electric current recharging the battery 1.
Le véhicule débute son trajet à l’instant T0. The vehicle begins its journey at time T0.
La durée écoulée entre l’instant Tf de fin de la recharge de la batterie 1 et l’instant T0 de début du trajet du véhicule est inférieure au seuil S, de façon à pouvoir récupérer la chaleur dégagée par la recharge de la batterie. The time elapsed between the instant Tf of the end of the recharging of battery 1 and the instant T0 of the start of the vehicle journey is less than the threshold S, so as to be able to recover the heat released by the recharging of the battery.
[121] Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, la valeur Qmin de la quantité de chaleur Q à fournir à l’élément 25, 25’ de la chaine de traction est supérieure à 1000 kilojoules (kJ). [121] According to an example of implementation of the method, the value Qmin of the quantity of heat Q to be supplied to the element 25, 25’ of the traction chain is greater than 1000 kilojoules (kJ).
Le seuil prédéterminé S de durée P entre une fin d’activation du dispositif de charge 20, 40 et l’horaire T0 de début du trajet est compris entre 5 minutes et 15 minutes. [122] La figure 4 illustre un exemple de mise en œuvre d’un système de gestion d’énergie électrique selon l’état de l’art. The predetermined threshold S of duration P between the end of activation of the charging device 20, 40 and the time T0 of the start of the journey is between 5 minutes and 15 minutes. [122] Figure 4 illustrates an example of implementation of a state-of-the-art electrical energy management system.
La figure 5 illustre la mise en œuvre du système de gestion d’énergie électrique proposé. Figure 5 illustrates the implementation of the proposed electrical energy management system.
Ces deux figures représentent l’évolution de la charge de la batterie, c’est-à-dire de la quantité d’énergie électrique disponible E_D, en fonction du temps, lorsqu’un même trajet est répété plusieurs fois de suite. Ce trajet peut correspondre à un trajet quotidien habituel. These two figures represent the evolution of the battery charge, that is to say the quantity of available electrical energy E_D, as a function of time, when the same journey is repeated several times in a row. This journey may correspond to a usual daily journey.
[123] Sur la figure 4, l’instant t1 correspond au début d’un premier trajet, et l’instant t’1 à la fin de ce trajet. La charge de la batterie diminue de la valeur E_A pendant le trajet. Entre l’instant t’1 et l’instant te, la charge de la batterie, courbe G5, n’évolue pas, le véhicule n’étant pas utilisé. L’instant te correspond au début d’une recharge complète de la batterie, c’est-à-dire jusqu’à un état de charge maximale. Pour simplifier la figure, la durée de charge est considérée négligeable et cette phase de recharge est représentée par un trait vertical. [123] In Figure 4, time t1 corresponds to the start of a first journey, and time t'1 to the end of this journey. The battery charge decreases by the value E_A during the journey. Between time t'1 and time te, the battery charge, curve G5, does not change, since the vehicle is not used. Time te corresponds to the start of a complete recharge of the battery, i.e. to a maximum charge state. To simplify the figure, the charging time is considered negligible and this recharge phase is represented by a vertical line.
L’instant t2 correspond au début d’un deuxième trajet, et l’instant t’2 correspond à la fin de ce deuxième trajet. Comme précédemment, la charge de la batterie diminue de la valeur E_A pendant ce deuxième trajet, qui est identique au premier trajet qui demande donc la même énergie que précédemment. Time t2 corresponds to the start of a second journey, and time t’2 corresponds to the end of this second journey. As before, the battery charge decreases by the value E_A during this second journey, which is identical to the first journey which therefore requires the same energy as before.
De la même manière, un troisième trajet identique aux deux précédents est réalisé entre les instants t3 et t’3, et un quatrième trajet identique aux trois précédents trajets est réalisé entre les instants t4 et t’4. Une seule phase de recharge est ainsi réalisée entre l’instant initial t1 et l’instant final représenté t’4. Similarly, a third path identical to the two previous ones is carried out between times t3 and t’3, and a fourth path identical to the three previous ones is carried out between times t4 and t’4. A single recharge phase is thus carried out between the initial time t1 and the final time represented t’4.
[124] Sur la figure 5, le premier trajet débute à l’instant t1 avec le même état de charge de la batterie que sur la figure 4. Comme précédemment, la charge de la batterie, courbe G6, diminue de la valeur E_A pendant chaque trajet. [124] In Figure 5, the first journey begins at time t1 with the same battery charge state as in Figure 4. As before, the battery charge, curve G6, decreases by the value E_A during each journey.
A l’instant t2, une charge partielle de la batterie est réalisée, et une quantité d’énergie électrique C2 est fournie à la batterie. Cette quantité d’énergie électrique fournie C2 fournie à la batterie 1 permet à l’élément 25, 25’ de la chaine de traction de recevoir une quantité de chaleur souhaitée. La recharge est déclenchée juste avant le début du roulage, de façon à ce que la chaleur générée soit récupérée et non dissipée dans l’air ambiant. Comme précédemment, la durée de recharge est considérée négligeable et la recharge est représentée par un trait vertical. At time t2, a partial charge of the battery is carried out, and a quantity of electrical energy C2 is supplied to the battery. This quantity of electrical energy supplied C2 supplied to the battery 1 allows the element 25, 25' of the traction chain to receive a desired quantity of heat. The recharge is triggered just before the start of driving, so that the heat generated is recovered and not dissipated into the ambient air. As before, the recharge time is considered negligible and the recharge is represented by a vertical line.
De la même manière, une recharge de la batterie est déclenchée juste avant le troisième trajet, correspond à l’instant t3 et également juste avant le quatrième trajet, correspondant à l’instant t4. Similarly, a battery recharge is triggered just before the third trip, corresponding to time t3, and also just before the fourth trip, corresponding to time t4.
Afin de bénéficier de la possibilité de récupérer l’énergie dégagée par la recharge de la batterie, une recharge partielle est déclenchée avant chaque trajet. In order to benefit from the possibility of recovering the energy released by recharging the battery, a partial recharge is triggered before each journey.
[125] Selon un mode de réalisation, la consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 est limitée à une valeur maximale prédéterminée QEmax. [125] According to one embodiment, the setpoint C of quantity of electrical energy E to be supplied to the battery 1 is limited to a predetermined maximum value QEmax.
[126] Effectuer une recharge partielle, c’est-à-dire limiter la recharge de la batterie, et en particulier ne pas charger la batterie jusqu’à son état de charge maximal, donne l’opportunité d’effectuer une recharge de la batterie avant chaque trajet prévu. L’énergie thermique dissipée par la recharge est ainsi récupérée à chaque trajet. En particulier, la batterie 1 est rechargée jusqu’à un état de charge inférieur à son état de charge maximal. [126] Performing a partial recharge, i.e. limiting the recharge of the battery, and in particular not charging the battery to its maximum state of charge, provides the opportunity to recharge the battery before each planned journey. The thermal energy dissipated by the recharge is thus recovered on each journey. In particular, battery 1 is recharged to a state of charge lower than its maximum state of charge.
[127] La valeur maximale prédéterminée QEmax est par exemple égale au produit d’un coefficient multiplicatif k et de la valeur préalablement déterminée à fournir à la batterie 1 pour que l’élément 25, 25’ de la chaine de traction reçoive une quantité de chaleur Q supérieure à la valeur minimale prédéterminée Qmin. [127] The predetermined maximum value QEmax is for example equal to the product of a multiplicative coefficient k and the value previously determined to be supplied to the battery 1 so that the element 25, 25’ of the traction chain receives a quantity of heat Q greater than the predetermined minimum value Qmin.
Le coefficient multiplicatif est supérieur ou égal à 1. Le coefficient multiplicatif vaut par exemple 1 ,1. The multiplicative coefficient is greater than or equal to 1. The multiplicative coefficient is for example 1.1.
[128] Autrement dit, la batterie 1 peut être suffisamment chargée pour que l’élément 25, 25’ de la chaine de traction reçoive une quantité de chaleur supérieure à une valeur minimale souhaitée Qmin, tout en évitant de charger excessivement la batterie 1. Cette stratégie de recharge peut être appliquée notamment l’autonomie procurée par l’énergie disponible de la batterie 1 avant le début de l’opération de recharge est déjà supérieure à la distance du trajet prévu. L’opération de recharge, non indispensable pour réaliser le trajet, puisque l’autonomie était déjà suffisante, permet à l’élément 25, 25’ de la chaine de traction de récupérer l’énergie thermique dissipée par la recharge de la batterie 1 . L’apport d’énergie électrique apportée par la recharge peut être limitée au juste nécessaire pour récupérer l’énergie thermique souhaitée, de façon à ce que l’opération de recharge puisse être renouvelée à chaque trajet. La consommation énergétique du véhicule est ainsi optimisée. [128] In other words, the battery 1 can be sufficiently charged so that the element 25, 25' of the traction chain receives a quantity of heat greater than a desired minimum value Qmin, while avoiding excessively charging the battery 1. This recharging strategy can be applied in particular the autonomy provided by the available energy of the battery 1 before the start of the recharging operation is already greater than the distance of the planned journey. The recharging operation, not essential for carrying out the journey, since the autonomy was already sufficient, allows the element 25, 25' of the traction chain to recover the thermal energy dissipated by the recharging of the battery 1. The supply of electrical energy provided by the recharging can be limited to what is just necessary to recover the thermal energy. desired, so that the recharging operation can be repeated for each journey. The vehicle's energy consumption is thus optimized.
[129] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes : [129] According to one embodiment, the method comprises the steps:
(iv) déterminer une quantité d’énergie électrique E_F à fournir à la batterie 1 pour atteindre le point d'arrivée prédéfini A, (iv) determine a quantity of electrical energy E_F to be supplied to battery 1 to reach the predefined arrival point A,
(v) si la quantité d’énergie électrique E_F à fournir à la batterie 1 pour atteindre le point d'arrivée prédéfini A est supérieure à la consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 pour que l’élément 25, 25’ de la chaine de traction reçoive une quantité de chaleur Q supérieure au seuil prédéterminé Qmin, mettre à jour la consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 avec la quantité d’énergie électrique E_F à fournir à la batterie 1 pour atteindre le point d'arrivée prédéfini A. (v) if the quantity of electrical energy E_F to be supplied to the battery 1 to reach the predefined arrival point A is greater than the setpoint C of quantity of electrical energy E to be supplied to the battery 1 so that the element 25, 25’ of the traction chain receives a quantity of heat Q greater than the predetermined threshold Qmin, update the setpoint C of quantity of electrical energy E to be supplied to the battery 1 with the quantity of electrical energy E_F to be supplied to the battery 1 to reach the predefined arrival point A.
[130] Afin de bénéficier à chaque trajet de la récupération de l’énergie dissipée par la recharge de la batterie 1 , il est préférable de recharger la batterie 1 avant chaque trajet prévu. Il est donc souhaitable que chaque recharge effectuée apporte peu d’énergie, afin qu’il soit toujours possible de déclencher une recharge de la batterie 1. Cependant, la charge réalisée doit permettre de rejoindre le point d’arrivée prédéfini A, dans la mesure où l’autonomie maximale procurée par la batterie 1 le permet. [130] In order to benefit from the recovery of the energy dissipated by the recharging of battery 1 on each journey, it is preferable to recharge battery 1 before each planned journey. It is therefore desirable that each recharge carried out provides little energy, so that it is always possible to trigger a recharge of battery 1. However, the charge carried out must make it possible to reach the predefined arrival point A, to the extent that the maximum autonomy provided by battery 1 allows it.
[131] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes : [131] According to one embodiment, the method comprises the steps:
- déterminer une puissance électrique maximale Pmax à fournir par la batterie 1 au cours du trajet, - determine a maximum electrical power Pmax to be provided by battery 1 during the journey,
- déterminer une température minimale Tmin de la batterie 1 permettant de fournir la puissance électrique maximale Pmax déterminée, - determine a minimum temperature Tmin of battery 1 allowing the maximum electrical power Pmax to be provided,
- déterminer une température réelle Tbat de la batterie 1 , - determine an actual temperature Tbat of battery 1,
- déterminer la valeur de consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 à partir de la température minimale Tmin déterminée et à partir de la température réelle Tbat déterminée. - determine the set value C of the quantity of electrical energy E to be supplied to battery 1 from the minimum temperature Tmin determined and from the actual temperature Tbat determined.
[132] Lorsque la batterie est trop froide, celle-ci peut ne pas être en mesure de fournir toute la puissance électrique nécessaire aux conditions de roulage. Les phases de fonctionnement aux plus fortes puissances sont ainsi dégradées, puisque toute la puissance réclamée par le conducteur peut ne pas être fournie. L’échauffement provoqué par la recharge de la batterie peut ainsi augmenter la température de la batterie et permettre d’atteindre une température suffisante pour éviter un fonctionnement à puissance réduite. Pour cela, la quantité de chaleur à fournir à la batterie 1 est déterminée à partir de sa température réelle Tbat au début de la phase de recharge et à partir d’une température minimale Tmin permettant à la batterie de fournir toute la puissance électrique nécessaire aux conditions de trajet. La quantité d’énergie électrique à fournir à la batterie lors de sa recharge est ensuite déterminée à partir de la quantité de chaleur nécessaire pour amener la batterie à la température minimale lui permettant de fournir toute la puissance électrique nécessaire au trajet. La phase de recharge peut ainsi permettre de réaliser au moins une partie du préconditionnement thermique de chauffage de la batterie. Ainsi, les phases de roulage du véhicule pendant lesquelles la batterie doit être chauffée sont minimisées, ou supprimées. La phase de recharge contribue au moins en partie à fournir l’énergie nécessaire au préconditionnement thermique de la batterie, ce qui minimise la quantité d’énergie électrique utilisée pendant le roulage pour réaliser ce conditionnement thermique. La consommation d’énergie du véhicule est ainsi minimisée. [132] When the battery is too cold, it may not be able to provide all the electrical power required for the driving conditions. The operating phases at the highest powers are thus degraded, since all the power requested by the driver may not be provided. The heating caused by the recharging of the battery can thus increase the temperature of the battery and make it possible to reach a temperature sufficient to avoid operation at reduced power. For this, the quantity of heat to be supplied to the battery 1 is determined from its actual temperature Tbat at the start of the recharging phase and from a minimum temperature Tmin allowing the battery to supply all the electrical power necessary for the travel conditions. The quantity of electrical energy to be supplied to the battery during its recharging is then determined from the quantity of heat necessary to bring the battery to the minimum temperature allowing it to supply all the electrical power necessary for the travel. The recharging phase can thus make it possible to carry out at least part of the thermal preconditioning of heating of the battery. Thus, the driving phases of the vehicle during which the battery must be heated are minimized, or eliminated. The recharging phase contributes at least in part to providing the energy necessary for the thermal preconditioning of the battery, which minimizes the quantity of electrical energy used during driving to carry out this thermal conditioning. The vehicle's energy consumption is thus minimised.
[133] Selon un exemple de réalisation du procédé, la quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 est déterminée à partir de la différence entre la température minimale Tmin déterminée et la température réelle Tbat déterminée, et à partir d’un coefficient multiplicatif prédéterminé. [133] According to an exemplary embodiment of the method, the quantity of electrical energy E to be supplied to the battery 1 is determined from the difference between the determined minimum temperature Tmin and the determined actual temperature Tbat, and from a predetermined multiplicative coefficient.
Le coefficient multiplicatif prédéterminé est par exemple égal au produit de la masse m de la batterie 1 et d’un coefficient k prédéterminé. The predetermined multiplicative coefficient is for example equal to the product of the mass m of battery 1 and a predetermined coefficient k.
[134] A l’étape de détermination de la puissance électrique maximale Pmax à fournir par la batterie 1 au cours du trajet, la puissance électrique maximale Pmax est déterminée à partir des variations d’altitude le long du trajet et à partir d’une vitesse maximale du véhicule le long du trajet. [134] In the step of determining the maximum electrical power Pmax to be supplied by the battery 1 during the journey, the maximum electrical power Pmax is determined from the altitude variations along the journey and from a maximum speed of the vehicle along the journey.
[135] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend l’étape : [135] According to one embodiment, the method comprises the step:
- déterminer une température ambiante extérieure Tamb, - determine an outside ambient temperature Tamb,
- déterminer une température réelle Tbat de la batterie 1 , - determine an actual temperature Tbat of battery 1,
- déterminer la valeur de consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 à partir de la température minimale Tmin déterminée et à partir de la température réelle Tbat de la batterie 1 déterminée. - determine the setpoint value C of the quantity of electrical energy E to be supplied to battery 1 from the determined minimum temperature Tmin and from the determined actual temperature Tbat of battery 1.
[136] La détermination de la température ambiante extérieure Tamb permet d’estimer le besoin de chauffage de l’habitacle. La détermination de la température réelle Tbat de la batterie 1 permet d’estimer la quantité de chaleur pouvant être récupérée de la batterie 1 tout en maintenant celle-ci à une température suffisante. En effet, la batterie 1 présentant une inertie thermique élevée en raison de sa masse importante et de la nature des matériaux la constituant, il est possible d’utiliser la batterie 1 elle-même comme source froide d’une pompe à chaleur, sans affecter significativement sa température. D’une manière similaire, il est possible d’utiliser le dispositif de charge 20 embarqué comme source froide d’une pompe à chaleur, selon un mode de récupération d’énergie. [136] Determining the ambient outside temperature Tamb makes it possible to estimate the heating requirement of the passenger compartment. Determining the actual temperature Tbat of the battery 1 makes it possible to estimate the quantity of heat that can be recovered from the battery 1 while maintaining it at a sufficient temperature. Indeed, since the battery 1 has a high thermal inertia due to its significant mass and the nature of the materials constituting it, it is possible to use the battery 1 itself as a cold source for a heat pump, without significantly affecting its temperature. In a similar manner, it is possible to use the on-board charging device 20 as a cold source for a heat pump, according to an energy recovery mode.
[137] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend l’étape : [137] According to one embodiment, the method comprises the step:
- déterminer une température réelle Thab d’un habitacle du véhicule, - determine the actual temperature Thab of a vehicle interior,
- déterminer la valeur de consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir à la batterie 1 à partir de la température minimale Tmin déterminée, à partir de la température réelle Tbat de la batterie 1 déterminée, et à partir de la température réelle Thab de l’habitacle déterminée. - determine the setpoint value C of the quantity of electrical energy E to be supplied to battery 1 from the minimum temperature Tmin determined, from the actual temperature Tbat of battery 1 determined, and from the actual temperature Thab of the passenger compartment determined.
[138] En plus des paramètres précédemment listés, le calcul de la valeur de consigne C de quantité d’énergie électrique E à fournir peut prendre en compte la température réelle de l’habitacle. En effet, cette information permet d’estimer plus précisément la quantité de chaleur à fournir à l’habitacle pour assurer la température de confort. [138] In addition to the parameters listed above, the calculation of the setpoint value C of the quantity of electrical energy E to be supplied can take into account the actual temperature of the passenger compartment. Indeed, this information makes it possible to estimate more precisely the quantity of heat to be supplied to the passenger compartment to ensure the comfort temperature.
[139] La figure 7 illustre schématiquement le fonctionnement du système de conditionnement thermique 60 selon dit un mode dit de récupération d’énergie. Les portions du circuit de fluide réfrigérant 10 parcourues par du fluide réfrigérant sont tracées en trait plein épais, et les portions dans lesquelles le fluide réfrigérant ne circule pas sont tracées en pointillés. Les échangeurs de chaleur ne participant pas aux échanges de chaleur car non parcourus par du fluide réfrigérant sont également schématisés par un trait en pointillés. [140] Dans ce mode de fonctionnement, un débit de fluide réfrigérant circule dans le compresseur 9 où il passe à haute pression, et circule dans la boucle principale A successivement dans le premier échangeur 11 où il cède de la chaleur au flux d’air intérieur Fi, dans le premier détendeur 21 où il passe à basse pression, dans le deuxième échangeur 12 où il reçoit de la chaleur, et retourne à l’entrée 9a du compresseur 9, bouclant ainsi le cycle thermodynamique. [139] Figure 7 schematically illustrates the operation of the thermal conditioning system 60 according to a so-called energy recovery mode. The portions of the refrigerant circuit 10 through which refrigerant fluid flows are drawn in thick solid lines, and the portions in which the refrigerant fluid does not circulate are drawn in dotted lines. The heat exchangers not participating in the heat exchanges because they do not carry refrigerant fluid are also schematically represented by a dotted line. [140] In this operating mode, a flow of refrigerant fluid circulates in the compressor 9 where it passes at high pressure, and circulates in the main loop A successively in the first exchanger 11 where it gives off heat to the interior air flow Fi, in the first expansion valve 21 where it passes at low pressure, in the second exchanger 12 where it receives heat, and returns to the inlet 9a of the compressor 9, thus completing the thermodynamic cycle.
[141] La première vanne d’arrêt 27 est en position ouverte. Les vannes d’arrêt 28, 29 sont en position fermée, de sorte que le fluide réfrigérant ne circule pas dans la première branche de dérivation B. Le débit de fluide réfrigérant est nul au niveau de la sortie 13b du troisième échangeur 13, et le troisième échangeur 13 ne participe pas aux échanges thermiques. Le troisième détendeur 23 est en position fermée, de sorte que le fluide réfrigérant ne circule pas dans la deuxième branche de dérivation C. Le quatrième échangeur 14 ne participe pas non plus aux échanges thermiques. [141] The first stop valve 27 is in the open position. The stop valves 28, 29 are in the closed position, so that the refrigerant does not circulate in the first bypass branch B. The refrigerant flow rate is zero at the outlet 13b of the third exchanger 13, and the third exchanger 13 does not participate in the heat exchanges. The third expansion valve 23 is in the closed position, so that the refrigerant does not circulate in the second bypass branch C. The fourth exchanger 14 also does not participate in the heat exchanges.
Le flux d’air Fi destiné à l’habitacle est chauffé au niveau du premier échangeur 11 . Au niveau du deuxième échangeur 12, la chaleur de vaporisation du fluide réfrigérant est prélevée du liquide caloporteur circulant dans le circuit 30, préalablement réchauffé par la recharge de la batterie. La chaleur générée par la recharge de la batterie 1 contribue ainsi à chauffer l’habitacle du véhicule. The air flow Fi intended for the passenger compartment is heated at the first exchanger 11. At the second exchanger 12, the heat of vaporization of the refrigerant fluid is taken from the heat transfer fluid circulating in the circuit 30, previously heated by the recharging of the battery. The heat generated by the recharging of the battery 1 thus contributes to heating the passenger compartment of the vehicle.
[142] De nombreux autres modes de fonctionnement sont également possibles. [142] Many other modes of operation are also possible.
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| FR (1) | FR3148940B1 (en) |
| WO (1) | WO2024240711A1 (en) |
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- 2023-05-25 FR FR2305217A patent/FR3148940B1/en active Active
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- 2024-05-20 WO PCT/EP2024/063846 patent/WO2024240711A1/en active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| FR3148940A1 (en) | 2024-11-29 |
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