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FR3109912A1 - Dispositif de gestion thermique pour un véhicule automobile hybride - Google Patents

Dispositif de gestion thermique pour un véhicule automobile hybride Download PDF

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FR3109912A1 FR2004453A FR2004453A FR3109912A1 FR 3109912 A1 FR3109912 A1 FR 3109912A1 FR 2004453 A FR2004453 A FR 2004453A FR 2004453 A FR2004453 A FR 2004453A FR 3109912 A1 FR3109912 A1 FR 3109912A1
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Abstract

L’invention concerne un dispositif de gestion thermique pour un véhicule automobile hybride, ledit véhicule automobile hybride comprenant un moteur thermique (3), un moteur électrique (5), une batterie (7) pour l’alimentation dudit moteur électrique (5). Le dispositif de gestion thermique comportant des moyens de chauffage (5, 21, 22, 33) pour le chauffage d’un fluide caloporteur et des moyens d’interconnexion (40, 50, 60) entre les différents moyens de chauffage (5, 21, 22, 33). Les moyens d’interconnexion (40, 50, 60) comprennent au moins deux systèmes de vannes pilotées (40, 50, 60) distincts, chaque système de vannes pilotées (40, 50, 60) comportant au moins deux voies (41, 42, 43, 44 ; 51, 52, 53, 54 ; 61, 62, 63, 64) pour interconnecter tout ou partie des différents moyens de chauffage (5, 21, 22, 33) en vue d’optimiser le chauffage du moteur thermique (3) et/ou de la batterie (7) par ledit fluide caloporteur circulant dans au moins une boucle de chauffage. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Dispositif de gestion thermique pour un véhicule automobile hybride
La présente invention concerne un dispositif de gestion thermique pour un véhicule automobile hybride ainsi qu’un véhicule automobile hybride comprenant un tel dispositif de gestion thermique.
Il est bien connu qu’un véhicule automobile hybride comprend deux modes de propulsion : un mode de propulsion thermique et un mode de propulsion électrique. Le mode de propulsion thermique s’appuie sur un moteur thermique. Le mode de propulsion électrique utilise un moteur électrique et une batterie adaptée pour alimenter ledit moteur électrique. La batterie a généralement une autonomie comprise entre 5 et 50 Km lorsque le véhicule est dans une utilisation unique du mode de propulsion électrique. Pour faire fonctionner ces deux modes de propulsion, il est nécessaire de prévoir un circuit général pour d’une part le refroidissement du moteur thermique et pour d’autre part le refroidissement du moteur électrique et de la batterie. Le circuit général de refroidissement comprend, de manière connue, un circuit à haute température, un circuit à basse température et un circuit à très basse température. Ces trois circuits assurent le refroidissement de différents organes du véhicule à différents niveaux de température. Ainsi, le circuit à haute température est destiné à refroidir le moteur thermique. Ce circuit fait circuler un fluide caloporteur dont la température maximale est comprise entre 90°C et 105°C. Le circuit à basse température est destiné à refroidir le moteur électrique. Ce circuit fait circuler un fluide caloporteur qui peut prendre une température maximale comprise entre 40°C et 80°C. Le circuit à basse température est également adapté pour refroidir un condensateur de climatisation destiné à améliorer la température l’habitacle du véhicule automobile hybride, un refroidisseur d’air de suralimentation (RAS), un refroidisseur d’un système de recirculation des gaz d’échappement (EGR pour « Exaust Gas Recirculation » en anglais), une électronique de puissance. Un tel circuit à basse température est notamment divulgué dans le document WO200774249. Dans ce document, le circuit à basse température (noté 3) est interconnecté avec un circuit à haute température (noté 1) par l’intermédiaire d’un système de vannes pilotées (noté 114). Le système de vannes pilotées comprend quatre voies qui sont connectées à différents organes du circuit général et quatre vannes destinées à assurer ou non un passage de fluide caloporteur entre les différentes voies du système de vannes pilotées. Chaque vanne a un mode ouvert dans lequel le fluide passe entre deux voies du système de vannes pilotées et un mode fermé dans lequel le fluide ne passe pas. Ainsi, en fonction du pilotage des vannes du système de vannes pilotées, des organes du circuit général sont interconnectés ou non avec un même fluide caloporteur. Le document WO200774249 décrit un refroidissement de l’EGR et du RAS. Dans un premier temps, ce refroidissement est réalisé par le circuit à haute température du fait de la température élevée du fluide caloporteur. Dans un second temps, le refroidissement est réalisé par le circuit à basse température. Un refroidissement par deux circuits adaptés pour faire circuler des fluides caloporteurs avec des niveaux de température différents est également divulgué dans le document FR2895451. Enfin le circuit à très basse température du circuit général de refroidissement est destiné à refroidir la batterie. Ce circuit fait circuler un fluide caloporteur dont la température maximale est inférieure à 40°C. Chaque circuit à haute température, à basse température et à très basse température comprend respectivement des moyens de refroidissement (un radiateur à haute température, un radiateur à basse température, un radiateur à très basse température, un échangeur thermique liquide/réfrigérant).
Outre une fonction de refroidissement, le circuit général peut être amené à améliorer le chauffage et/ou le préchauffage de certains organes du véhicule automobile hybride. En effet, lors d’un démarrage à froid du véhicule automobile hybride, une demande de restitution de chaleur du condensateur de climatisation peut être enclenchée par l’utilisateur pour augmenter le chauffage de l’habitacle, notamment dans les premières dizaines de kilomètres et lorsque la température ambiante est négative ou inférieure à 20°C. Ce chauffage de l’habitacle consomme de l’énergie électrique ou du carburant. On utilise généralement des résistances électriques lorsque le circuit général de refroidissement n’atteint pas les 60°C-70°C, ou bien une pompe à chaleur. Il est intéressant que le moteur thermique arrive le plus tôt possible à sa température optimale (par exemple à une température autour de 90°C) pour réduire sa consommation et les émissions polluantes. En ce qui concerne la batterie, son rendement énergétique est meilleur lorsqu’elle est maintenue à une température de fonctionnement comprise entre 25°C et 30°C. Au-dessus de ces températures, la batterie perd de sa capacité énergétique. Cette perte de capacité énergétique est particulièrement significative à des températures négatives. De plus, par grand froid, le système peut être amené à bloquer la recharge de la batterie lors du freinage du véhicule. En outre, le système peut être amené à bloquer la recharge volontaire de cette batterie par le moteur thermique, car il existe un risque de dégradation irréversible de la batterie. Sur un véhicule automobile hybride, des résistances électriques sont également prévues pour chauffer la batterie dans les cas de températures ambiantes négatives.
Ainsi, dans un véhicule automobile hybride les besoins en apport de chaleur sont multiples :
- pour le moteur thermique, un apport de chaleur pour que la température de ce moteur thermique évolue rapidement vers sa température optimale (autour de 90°C) est toujours bénéfique ;
- pour la batterie, un chauffage de celle-ci jusqu’à une température comprise entre 25°C et 30°C est toujours intéressant. Il est également opportun de prévoir un contrôle actif pour que la température de la batterie reste dans cette plage de température. Enfin, il est possible de prévoir un chauffage actif de la batterie si la température ambiante est négative.
- pour l’habitacle, un utilisateur peut requérir du chauffage lorsque la température ambiante est au-dessous de 20°C.
Sur un véhicule automobile hybride, des sources de chaleur existent mais elles ne sont pas toujours utilisées à bon escient. Ainsi, la chaleur générée par les combustions dans le moteur thermique est absorbée par le moteur thermique lui-même pour atteindre sa température optimale. Cette chaleur est ensuite évacuée par le radiateur à haute température. Cette chaleur peut être utilisée pour le chauffage de l’habitacle du véhicule hybride. Dans le cas d’un EGR, une partie des gaz d’échappement est réintroduite dans le moteur thermique après avoir été refroidie par un circuit d’eau. Cette chaleur n’est généralement par utilisée. L’air de suralimentation RAS est comprimé et chauffé par un turbocompresseur. Cet air doit être refroidi par un échangeur air-air avant d’être introduit dans le moteur thermique. Cette chaleur récupérée n’est généralement pas utilisée. La chaleur de l’électronique de puissance et du moteur électrique est évacuée par le radiateur à basse température. Enfin, la chaleur générée par la batterie reste dans cette batterie sauf si celle-ci atteint un niveau de température élevée.
Il existe donc un besoin d’optimiser l’utilisation des moyens de chauffage du circuit général de refroidissement d’un véhicule automobile hybride pour chauffer, selon leur besoin en chaleur à un instant donné, tout ou partie des organes de ce circuit, en améliorant la fiabilité et l’autonomie de ce véhicule automobile hybride.
La présente invention vise à remédier au moins en partie à ce besoin.
Plus particulièrement, la présente invention vise à améliorer l’utilisation de moyens de chauffage (moteur électrique, électronique de puissance, RAS, EGR, résistance électrique) d’un véhicule automobile hybride pour améliorer le chauffage et/ou le préchauffage de certains organes du véhicule automobile hybride, et ceci quel que soit le mode de fonctionnement de ce véhicule (mode thermique pur, mode électrique pur, mode hybride, mode recharge).
Un premier objet de l’invention concerne un dispositif de gestion thermique pour un véhicule automobile hybride comprenant un moteur thermique, un moteur électrique, une batterie pour l’alimentation dudit moteur électrique. Le dispositif de gestion thermique comporte un circuit général de refroidissement adapté pour faire circuler un fluide caloporteur, des moyens de chauffage pour le chauffage dudit fluide caloporteur, des moyens d’interconnexion entre les différents moyens de chauffage dudit fluide caloporteur. Les moyens d’interconnexion comprennent au moins deux systèmes de vannes pilotées distincts, chaque système de vannes pilotées comportant au moins deux voies pour interconnecter tout ou partie des différents moyens de chauffage en vue d’optimiser le chauffage du moteur thermique et/ou de la batterie par ledit fluide caloporteur circulant dans au moins une boucle de chauffage. Le fluide caloporteur est ainsi adapté pour fonctionner à des températures différentes dans le circuit général de refroidissement. Ce fluide caloporteur comprend un mélange d’eau et d’éthylène glycol comportant, avantageusement, des agents anticorrosion.
Ainsi, avec les au moins deux systèmes de vannes pilotées, il est possible d’améliorer l’interconnexion des différents moyens de chauffage en vue d’optimiser le chauffage et/ou le préchauffage de certains organes du véhicule automobile. Par exemple, lorsque la température du moteur thermique ou la température de la batterie n’ont pas encore été atteintes, les calories dégagées par les moyens de chauffage peuvent être utilisés pour chauffer le moteur thermique ou la batterie destinée à alimenter le moteur électrique.
Dans un mode de réalisation particulier, le véhicule automobile hybride ayant un habitacle et les moyens d’interconnexion interconnectent tout ou partie des différents moyens de chauffage en vue d’optimiser le chauffage de l’habitacle. De cette manière, on apporte un confort supplémentaire à l’utilisateur du véhicule automobile hybride, notamment en phase de démarrage du véhicule.
Dans un mode de réalisation particulier, les moyens d’interconnexion comprennent au moins trois systèmes de vannes pilotées, chaque système de vannes pilotées comportant quatre voies. Ainsi, il est ainsi possible d’interconnecter au mieux les différents circuits du circuit général de refroidissement en vue d’optimiser le chauffage de certains organes du véhicule automobile hybride dans les différents modes de fonctionnement dudit véhicule. Ces différents modes de fonctionnement comprennent : un mode recharge, un mode électrique pure, un mode thermique pure, un mode hybride. A l’intérieur de ces différents modes de fonctionnement, il peut exister différents types de fonctionnement. Par exemple, dans le mode thermique pure, un premier type de fonctionnement correspond à un fonctionnement dans lequel le moteur thermique monte moins vite en température que la batterie, un second type de fonctionnement correspond à un fonctionnement dans lequel le moteur thermique monte plus vite en température que la batterie et un troisième type de fonctionnement correspond à un fonctionnement dans lequel la montée en température du moteur thermique est accélérée.
Dans un mode de réalisation particulier, les moyens de chauffage sont choisis parmi une liste de moyens de chauffage comprenant un moteur électrique, une électronique de puissance, un refroidisseur d’air de suralimentation, un refroidisseur d’un système de recirculation des gaz d’échappement, une résistance électrique.
Dans un mode de réalisation particulier, les systèmes de vannes pilotées sont arrangés de sorte que la résistance électrique et/ou l’électronique de puissance et/ou le moteur électrique et/ou le refroidisseur d’air de suralimentation et/ou le refroidisseur d’un système de recirculation des gaz d’échappement chauffent la batterie. Il est ainsi possible de chauffer la batterie en combinant un ou plusieurs moyens de chauffage.
Dans un autre mode de réalisation, les systèmes de vannes pilotées sont arrangés de sorte que l’électronique de puissance et/ou le moteur électrique et/ou le refroidisseur d’air de suralimentation et/ou le refroidisseur d’un système de recirculation des gaz d’échappement chauffent le moteur thermique. Il est ainsi possible de chauffer le moteur thermique en combinant un ou plusieurs moyens de chauffage.
Dans un autre mode de réalisation, les systèmes de vannes pilotées sont arrangés de sorte que l’électronique de puissance et/ou le moteur électrique et/ou le refroidisseur d’air de suralimentation et/ou le refroidisseur d’un système de recirculation des gaz d’échappement chauffent l’habitacle du véhicule automobile hybride. Il est ainsi possible de chauffer l’habitacle du véhicule hybride en combinant un ou plusieurs moyens de chauffage.
Dans un autre mode de réalisation, les systèmes de vannes pilotées sont arrangés pour former une seule boucle de chauffage. Une telle boucle de chauffage est notamment formée dans un mode de recharge avec préchauffage de la batterie, dans un mode électrique pure avec préchauffage de la batterie, dans un mode thermique pure où le moteur thermique monte moins vite en température que la batterie, dans un mode hybride avec une accélération de la montée en température du moteur thermique, dans un mode électrique pure avec chauffage de l’habitacle et préchauffage du moteur thermique, dans un mode thermique pure avec chauffage de l’habitacle et accélération du moteur thermique, dans un mode hybride avec chauffage de l’habitacle et accélération du moteur thermique, dans un mode hybride avec chauffage de l’habitacle et accélération du moteur thermique et avec refroidissement de la batterie par un échangeur thermique liquide/réfrigérant.
Dans un autre mode de réalisation, les systèmes de vannes pilotées sont arrangés pour former deux boucles de chauffage. Ces deux boucles de chauffage sont notamment formées dans un mode thermique pure où le moteur thermique monte plus vite en température que la batterie, dans un mode hybride avec une accélération de la montée en température du moteur thermique (en option), dans un mode hybride avec chauffage de l’habitacle et accélération du moteur thermique (en option).
Dans un autre mode de réalisation, la batterie est refroidie par un échangeur thermique liquide/réfrigérant. Cet échangeur thermique liquide/réfrigérant, appelé également « chiller », est un dispositif d’échange thermique qui élimine des calories d’un fluide caloporteur via un cycle de réfrigération à compression ou à absorption de vapeur. C’est un échangeur entre le fluide caloporteur et un réfrigérant (fluide à changement de phase liquide/gaz).
Un autre objet de l’invention concerne un véhicule hybride comprenant un dispositif de gestion thermique selon le premier objet de l’invention.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 est une vue schématique d’un circuit général de refroidissement pour un véhicule automobile hybride selon l’invention ;
les figures 2A, 2B, 2C représentent des exemples de réalisation de trois système de vannes à quatre voies du circuit général de refroidissement de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue schématique du circuit général de refroidissement de la figure 1 en fonctionnement selon un premier mode de fonctionnement dudit véhicule automobile hybride dit mode de recharge avec préchauffage de la batterie ;
la figure 4 est une vue schématique du circuit général de refroidissement de la figure 1 en fonctionnement selon un second mode de fonctionnement dudit véhicule automobile hybride dit mode électrique pure avec préchauffage de la batterie ;
la figure 5 est une vue schématique du circuit général de refroidissement du véhicule automobile hybride selon un troisième mode de fonctionnement dudit véhicule automobile hybride dit mode thermique pure où le moteur thermique monte moins vite en température que la batterie ;
la figure 6 est une vue schématique du circuit général de refroidissement du véhicule automobile hybride selon un quatrième mode de fonctionnement dudit véhicule automobile hybride dit mode thermique pure où le moteur thermique monte plus vite en température que la batterie ;
la figure 7 est une vue schématique du circuit général de refroidissement du véhicule automobile hybride selon un cinquième mode de fonctionnement dudit véhicule automobile hybride dit mode hybride avec une accélération de la montée en température du moteur thermique ;
la figure 8 est une vue schématique du circuit général de refroidissement du véhicule automobile hybride selon un sixième mode de fonctionnement dudit véhicule hybride dit mode électrique pure avec chauffage de l’habitacle et préchauffage du moteur thermique ;
la figure 9 est une vue schématique du circuit général de refroidissement du véhicule automobile hybride selon un septième mode de fonctionnement dudit véhicule hybride dit mode thermique pure avec chauffage de l’habitacle et accélération du moteur thermique ;
la figure 10 est une vue schématique du circuit général de refroidissement du véhicule automobile hybride selon un huitième mode de fonctionnement dudit véhicule hybride dit mode hybride avec chauffage de l’habitacle et accélération du moteur thermique ;
la figure 11 est une vue schématique du circuit général de refroidissement du véhicule automobile hybride selon un neuvième mode de fonctionnement dudit véhicule hybride dit mode hybride avec chauffage de l’habitacle et accélération du moteur thermique et avec refroidissement de la batterie par un échangeur thermique liquide/réfrigérant ;
la figure 12 est un tableau résumant le fonctionnement des différents modes de réalisation des figures 3 à 11.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation et variantes présentées et d’autres modes de réalisation et variantes apparaîtront clairement à l’homme du métier.
Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires portent les mêmes références.
La figure 1 représente schématiquement un circuit général de refroidissement 1 pour un véhicule automobile hybride. Ce circuit général de refroidissement 1 comprend un circuit à haute température 10, un circuit à basse température 20 et un circuit à très basse température 30. Chacun des circuits 10, 20, 30 est délimité par des pointillés sur la figure 1. Les trois circuits 10, 20, 30 assurent le refroidissement à différents niveaux de température de différents organes du véhicule automobile hybride tels que : un moteur thermique 3, un moteur électrique 5 et une batterie 7. Le moteur thermique 3 est adapté pour fournir un couple moteur à partir d’une énergie fossile. Le moteur électrique 5 est adapté pour fournir un couple moteur à partir d’une énergie électrique. La batterie 7 est destinée à alimenter en énergie électrique le moteur électrique 5.
Le circuit à haute température 10 du circuit général de refroidissement 1 comprend :
- une pompe 11 ;
- un vase d’expansion 12 ;
- un radiateur de chauffage de l’habitacle 13 ou aérotherme ;
- un échangeur eau/huile de lubrification 14 du moteur 3 ;
- un thermostat principal 15 ;
- un radiateur à haute température 16 comprenant une première entrée 161 et une seconde entrée 162 ;
- un radiateur à très basse température 17 comprenant une première entrée 171 et une seconde entrée 172 ;
- une vanne 18 ;
- un ensemble de conduites comprenant une conduite moteur amont 191, une conduite moteur aval 192, une première conduite 193, une seconde conduite 194, une troisième conduite 195.
On notera dès à présent que la première entrée 161, la seconde entrée 162 du radiateur à haute température 16 et la première entrée 171 et la seconde entrée 172 du radiateur à très basse température 17 peuvent aussi être des sorties selon le monde de fonctionnement qui influe le sens d’écoulement du fluide dans le circuit à haute température 10.
Dans le circuit à haute température 10, le moteur 3 du véhicule automobile hybride est relié au radiateur à haute température par la conduite moteur amont 191 et la conduite moteur aval 192. La conduite moteur amont 191 relie ainsi la première entrée 161 du radiateur à haute température 16 au moteur thermique 3 en passant par la pompe 11. Cette pompe 11 permet la circulation du fluide caloporteur dans le circuit à haute température 10. Cette pompe 11 est, par exemple, une pompe mécanique entraînée par le moteur thermique 3. La conduite moteur aval 192 relie le moteur thermique 3 à la seconde entrée 162 du radiateur à haute température 16 en passant par le thermostat principal 15. Le thermostat principal 15 permet de couper dans une position fermée ou d’autoriser dans une position ouverte la circulation du fluide caloporteur entre le moteur thermique 3 et le radiateur à haute température 16 afin de réguler la température de ce fluide caloporteur. Ce thermostat principal 15 est, par exemple, de type à cire à simple effet ou de type piloté. Le vase d’expansion 12, le radiateur de chauffage de l’habitacle 13, l’échangeur eau/huile de lubrification 14 sont, chacun d’eux, montés en pont entre la conduite moteur amont 191 et la conduite moteur aval 192. Le vase d’expansion 12 permet le remplissage et la régulation en pression du circuit. Le radiateur de chauffage de l’habitacle 13 permet le chauffage de l’habitacle du véhicule automobile hybride lorsqu’un tel chauffage est demandé. L’échangeur eau/huile de lubrification 14 est adapté pour refroidir l’huile servant à lubrifier le moteur thermique 3. La première branche 193 de l’ensemble de conduites relie la conduite moteur aval 192 à la vanne 18. Cette vanne 18 est reliée par une seconde branche 194 à la première entrée 171 du radiateur à très basse température 17. Ce circuit à haute température 10 peut également refroidir d’autres organes du groupe motopropulseur, tels qu’un échangeur eau/huile de la boîte de vitesse automatique ou un palier de turbocompresseur.
On notera que le radiateur à haute température 16 et le radiateur à très basse température 17 forment ici un seul radiateur cloisonné. Ce radiateur cloisonné comprend ainsi :
- une boîte à eau verticale comprenant une première partie 1672 et une seconde partie 1673 ;
- des faisceaux de tubes horizontaux (non représentés sur la figure) dont les extrémités débouchent soit dans la première partie 1672, soit dans la seconde partie 1673 ;
- une cloison 1671 insérée dans la première partie 1672 ;
- un bouchon 1674 situé au même niveau que la cloison 1671.
La cloison 1671, le faisceau de tubes horizontaux, le bouchon 1674 permettent une séparation entre le radiateur à haute température 16 et le radiateur à très basse température 17. Le bouchon 1674 est ici percé par une pluralité de petits passages verticaux qui permettent une communication fluidique entre le radiateur à haute température 16 et le radiateur à très basse température 17. Dans une variante de réalisation (non représentée) le couplage entre le radiateur à haute température 16 et le radiateur à très basse température 17 est réalisé à l’aide d’un tube intermédiaire.
Le circuit général de refroidissement 1 comprend également un circuit à basse température 20 illustré à la figure 1. Ce circuit comprend :
- une électronique de puissance 21 ;
- un ensemble d’échangeur 22 ;
- un radiateur basse température 23 comprenant une première entrée 231 et une seconde entrée 232 ;
- un thermostat à trois voies 24 ;
- une pompe 25 ;
- un ensemble de conduites comprenant une première conduite 261, une seconde conduite 262 et une troisième conduite 263.
Dans le circuit à basse température 20, le moteur électrique 5 est relié à la première entrée 231 du radiateur à basse température 23. Une électronique de puissance 21 et un ensemble d’échangeur 22 sont, ici, montés en parallèle du moteur électrique 5 entre un nœud A et un nœud B communs à l’électronique de puissance 21, au moteur électrique 5 et à l’ensemble d’échangeur 22. L’électronique de puissance 21 comprend un onduleur et/ou un convertisseur DC/DC. L’ensemble d’échangeur 22 comprend un condensateur de climatiseur et/ou un refroidisseur d’air de suralimentation (RAS) et/ou un refroidisseur d’un système de recirculation des gaz d’échappement (EGR). En variante, en fonction du débit choisi du fluide caloporteur et de la température demandée, l’électronique de puissance 21, le moteur électrique 5 et l’ensemble d’échangeur 22 peuvent être disposés en série dans le circuit à basse température 20. La seconde entrée 232 du radiateur basse température 23 est reliée au thermostat à trois voies 24. Ce thermostat à trois voies 24 est, par exemple, un thermostat de type à cire à double effet. En dessous d’une température de consigne du fluide caloporteur, le thermostat à trois voies 24 est dans une position fermée et le fluide caloporteur est alors dérivé du radiateur basse température 23 via la première conduite 261 qui contourne ledit radiateur basse température 23 vers le moteur électrique 5. Au-dessus de cette température de consigne, le thermostat à trois voies 24 est dans une position ouverte dans laquelle le fluide caloporteur traverse le radiateur basse température 23. Le thermostat à trois voies 24 est également relié à la pompe 25. Cette pompe 25 permet la circulation du fluide caloporteur dans le circuit à basse température 20. En variante, la pompe 25 est située au niveau du nœud B entre ce nœud B et le branchement de la conduite 261.
Enfin, le circuit général de refroidissement 1 comprend un circuit à très basse température 30 comportant :
- une pompe 31 ;
- un échangeur thermique liquide/réfrigérant 32 ou chiller ;
-une résistance électrique 33 ou CTP ;
- une conduite 34.
Le circuit à très basse température 30 est dédié à la gestion thermique de la batterie 7. La pompe 31 permet la circulation du fluide caloporteur dans la conduite 34. Cette pompe 31 est, ici, une pompe électrique. Le refroidisseur 32 est adapté pour refroidir la batterie. La résistance électrique 33 est adaptée pour chauffer l’eau de la batterie 7, par exemple en vue de préchauffer cette batterie 7. On notera que ce circuit à très basse température 30 ne comprend pas de radiateur d’eau en tant que tel.
Le circuit à haute température 10, le circuit à basse température 20 et le circuit à très basse température 30 sont, ici, interconnectés entre eux par un premier système de vannes pilotées 40, un second système de vannes pilotées 50 et un troisième système de vannes pilotées 60. Le circuit général de refroidissement 1 comprend ainsi un ensemble de conduites auxiliaires pour interconnecter lesdits systèmes de vannes pilotées 40, 50, 60. Cet ensemble de conduites auxiliaires comprend une première conduite auxiliaire 71, une seconde conduite auxiliaire 72, une troisième conduite auxiliaire 73 et une quatrième conduite auxiliaire 74. La première conduite auxiliaire 71 relie le premier système de vannes pilotées 40 au second système de vannes pilotées 50. La seconde conduite auxiliaire 72 relie le premier système de vannes pilotées 40 à la vanne 18 du circuit à haute température 10. La troisième conduite auxiliaire 73 relie le troisième système de vannes pilotées 60 à la seconde conduite auxiliaire 72. La quatrième conduite auxiliaire 74 relie le second système de vannes pilotées 50 au troisième système de vannes pilotées 60.
La figure 2A illustre le premier système de vannes pilotées 40 selon un premier type de système de vannes pilotées. Ce premier système 40 comprend une première entrée 41, une seconde entrée 42, une troisième entrée 43 et une quatrième entrée 44. La première entrée 41 est reliée à la conduite moteur amont 191. La seconde entrée 42 est reliée à la troisième conduite 195 du circuit à haute température 10. La troisième entrée 43 est reliée à la première conduite auxiliaire 71. La quatrième entrée 44 est reliée à la seconde conduite auxiliaire 72. Le premier système 40 comprend en outre une première vanne pilotée 45, une seconde vanne pilotée 46, une troisième vanne pilotée 47, une quatrième vanne pilotée 48. Chaque vanne pilotée 45, 46, 47, 48 relie deux entrées du système 40. Chaque vanne pilotée peut ainsi prendre une position ouverte dans laquelle il existe une communication fluidique entre deux entrées du système 40 et une position fermée dans laquelle il n’y a pas de communication fluidique entre les entrées. Ainsi, la première vanne pilotée 45 est adaptée pour relier la première entrée 41 à la seconde entrée 42 du premier système 40. La seconde vanne pilotée 46 est adaptée pour relier la première entrée 41 à la troisième entrée 43 du système 40. La troisième vanne pilotée 47 est adaptée pour relier le seconde entrée 42 à la troisième entrée 43 du système 40. La quatrième vanne pilotée 48 est adaptée pour relier la troisième entrée 43 à la quatrième entrée 44.
La figure 2B illustre le second système de vannes pilotées 50 selon un second type de système de vannes pilotées. Ce second système 50 comprend une première entrée 51, une seconde entrée 52, une troisième entrée 53 et une quatrième entrée 54. La première entrée 51 est reliée à la première conduite auxiliaire 71. La seconde entrée 52 est reliée à la conduite 34 du circuit à très basse température 30. La troisième entrée 53 est reliée à la troisième conduite 263 du circuit à basse température 20. La quatrième entrée 54 est reliée à la quatrième conduite auxiliaire 74. Le second système 50 comprend en outre une première vanne pilotée 55, une seconde vanne pilotée 56, une troisième vanne pilotée 57, une quatrième vanne pilotée 58. Chaque vanne pilotée 55, 56, 57, 58 relie deux entrées du système 50. Chaque vanne pilotée peut ainsi prendre une position ouverte dans laquelle il existe une communication fluidique entre deux entrées du système 50 et une position fermée dans laquelle il n’y a pas de communication fluidique entre les entrées. Ainsi, la première vanne pilotée 55 est adaptée pour relier la première entrée 51 à la seconde entrée 52 du premier système 50. La seconde vanne pilotée 56 est adaptée pour relier la première entrée 51 à la troisième entrée 53 du système 50. La troisième vanne pilotée 57 est adaptée pour relier le quatrième entrée 54 à la seconde entrée 52 du système 50. La quatrième vanne pilotée 58 est adaptée pour relier la troisième entrée 53 à la seconde entrée 52.
La figure 2C illustre le troisième système de vannes pilotées 60 selon un troisième type de système de vannes pilotées. Ce troisième système 60 comprend une première entrée 61, une seconde entrée 62, une troisième entrée 63 et une quatrième entrée 64. La première entrée 61 est reliée à la conduite 34 du circuit à très basse température 30. La seconde entrée 62 est reliée à une troisième conduite auxiliaire 73. La troisième entrée 63 est reliée à la quatrième conduite auxiliaire 74. La quatrième entrée 64 est reliée à la seconde conduite 262 du circuit à basse température 20. Le troisième système 60 comprend en outre une première vanne pilotée 65, une seconde vanne pilotée 66, une troisième vanne pilotée 67, une quatrième vanne pilotée 68. Chaque vanne pilotée 65, 66, 67, 68 relie deux entrées du système 60. Chaque vanne pilotée peut ainsi prendre une position ouverte dans laquelle il existe une communication fluidique entre deux entrées du système 60 et une position fermée dans laquelle il n’y a pas de communication fluidique entre les entrées. Ainsi, la première vanne pilotée 65 est adaptée pour relier la première entrée 61 à la seconde entrée 62 du premier système 60. La seconde vanne pilotée 66 est adaptée pour relier la première entrée 61 à la troisième entrée 63 du système 60. La troisième vanne pilotée 67 est adaptée pour relier la quatrième entrée 64 à la seconde entrée 62 du système 60. La quatrième vanne pilotée 68 est adaptée pour relier la première entrée 61 à la quatrième entrée 64.
Le premier système de vannes pilotées 40, le second système de vannes pilotées 50 et le troisième système de vannes pilotées 60 permettent des interconnexions entre le circuit à haute température 10, le circuit à basse température 20 et le circuit à très basse température 30. Ces interconnexions permettent d’améliorer le chauffage et/ou le préchauffage de certains organes du véhicule automobile hybride tels que le moteur thermique 3, la batterie 7 ou l’habitacle dudit véhicule automobile hybride par des moyens de chauffage du fluide caloporteur. Ces moyens de chauffage comprennent, par exemple, le moteur électrique 5, l’électronique de puissance 21, le refroidisseur d’air de suralimentation RAS, le refroidisseur d’un système de recirculation des gaz d’échappement EGR ou la résistance électrique 33. Ces moyens de chauffage sont actifs dans les différents modes de fonctionnement du véhicule automobile hybride.
Pour rappel, les différents modes de fonctionnement du véhicule automobile hybride sont :
- un premier mode de fonctionnement dit mode de recharge avec préchauffage de la batterie ;
- un second mode de fonctionnement dit mode électrique pure avec préchauffage de la batterie ;
- un troisième mode de fonctionnement dit mode thermique pure où le moteur thermique monte moins vite en température que la batterie ;
- un quatrième mode de fonctionnement dit mode thermique pure où le moteur thermique monte plus vite en température que la batterie ;
- un cinquième mode de fonctionnement dit mode hybride avec une accélération de la montée en température du moteur thermique ;
- un sixième mode de fonctionnement dit mode électrique pure avec chauffage de l’habitacle et préchauffage du moteur thermique ;
- un septième mode de fonctionnement dit mode thermique pure avec chauffage de l’habitacle et accélération du moteur thermique ;
- un huitième mode de fonctionnement dit mode hybride avec chauffage de l’habitacle et accélération du moteur thermique ;
- un neuvième mode de fonctionnement dit mode hybride avec chauffage de l’habitacle et accélération du moteur thermique et avec refroidissement de la batterie par un échangeur thermique liquide/réfrigérant.
La figure 3 est une vue schématique du circuit général de refroidissement de la figure 1 en fonctionnement selon un premier mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride dit mode de recharge avec préchauffage de la batterie. Dans ce mode de fonctionnement, le premier système de vannes pilotées 40, le second système de vannes pilotées 50, le troisième système de vannes pilotées 60 sont arrangés selon un premier arrangement. Dans ce premier arrangement :
- pour le premier système de vannes pilotées 40 : la première vanne pilotée 45, la seconde vanne pilotée 46, la troisième vanne pilotée 47 et la quatrième vanne pilotée 48 sont fermées (voir figure 2A);
- pour le second système de vannes pilotées 50 : la première vanne pilotée 55, la seconde vanne pilotée 56, la quatrième vanne pilotée 58 sont fermées (voir figure 2B). La troisième vanne pilotée 57 est ouverte mettant en relation fluidique la seconde entrée 52 avec la quatrième entrée 54 ;
- pour le troisième système de vannes pilotées 60 : la première vanne pilotée 65, la troisième vanne pilotée 67, la quatrième vanne pilotée 68 sont fermées (voir figure 2C). La seconde vanne pilotée 66 est ouverte mettant en relation fluidique la première entrée 61 avec la troisième entrée 63.
Dans ce premier mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride, le fluide caloporteur passe par une boucle de chauffage comprenant le second système de vannes pilotées 50, la pompe 31, l’échangeur thermique liquide/réfrigérant 32, la résistance électrique 33, la conduite 34 du circuit à très basse température 30, le troisième système de vannes pilotées 60, la quatrième conduite auxiliaire 74.
Ainsi, dans ce premier mode de fonctionnement, la résistance électrique 33 délivre des calories au fluide caloporteur. Le fluide caloporteur permet alors de préchauffer la batterie 7. En variante, il est également possible d’élargir la boucle de chauffage en englobant l’électronique de puissance 21. Ainsi, lors d’une recharge en hiver, les calories générées par l’électronique de puissance 21 peuvent être utilisées également pour préchauffer la batterie 7.
Ce premier mode de fonctionnement permet alors de réaliser un préchauffage optimal de la batterie 7 pendant l’opération de recharge électrique de ladite batterie 7.
La figure 4 est une vue schématique du circuit général de refroidissement de la figure 1 en fonctionnement selon un second mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride dit mode électrique pure avec préchauffage de la batterie. Dans ce mode de fonctionnement, le premier système de vannes pilotées 40, le second système de vannes pilotées 50, le troisième système de vannes pilotées 60 sont arrangés selon un second arrangement. Dans ce second arrangement :
- pour le premier système de vannes pilotées 40 : la première vanne pilotée 45, la seconde vanne pilotée 46, la troisième vanne pilotée 47 et la quatrième vanne pilotée 48 sont fermées (voir figure 2A);
- pour le second système de vannes pilotées 50 : la première vanne pilotée 55, la seconde vanne pilotée 56, la troisième vanne pilotée 57 sont fermées (voir figure 2B). La quatrième vanne pilotée 58 est ouverte mettant en relation fluidique la seconde entrée 52 avec la troisième entrée 53 ;
- pour le troisième système de vannes pilotées 60 : la première vanne pilotée 65, la seconde vanne pilotée 66, la troisième vanne pilotée 67 sont fermées (voir figure 2C). La quatrième vanne pilotée 68 est ouverte mettant en relation fluidique la première entrée 61 avec la quatrième entrée 64.
Dans ce second mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride, le fluide caloporteur passe par une boucle de chauffage comprenant le second système de vannes pilotées 50, la pompe 31, l’échangeur thermique liquide/réfrigérant 32, la résistance électrique 33, la conduite 34 du circuit à très basse température 30, le troisième système de vannes pilotées 60, la seconde conduite 262 du circuit à basse température 20, la pompe 25, le thermostat à trois voies 24, la première conduite 261 du circuit à basse température 20, l’électronique de puissance 21, le moteur électrique 5, la troisième conduite 263 du circuit à basse température 20.
Ainsi, dans ce second mode de fonctionnement, le véhicule automobile hybride est en roulage électrique pure. Les calories générées par l’électronique de puissance 21 et par le moteur électrique 5 seront utilisées pour accélérer la montée en température de la batterie 7, si celle-ci n’a pas atteint une température comprise entre 20°C et 30°C. Dans le cas où la batterie doit être chauffée, le fluide caloporteur est dévié par le thermostat à trois voies 24 vers la première conduite 261. Le passage du fluide caloporteur dans le radiateur basse température 23 est ainsi bloqué.
Ce second mode de fonctionnement permet alors de réaliser un préchauffage optimal de la batterie 7 notamment au départ du fonctionnement du mode électrique pure.
La figure 5 est une vue schématique du circuit général de refroidissement de la figure 1 en fonctionnement selon un troisième mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride dit mode thermique pure où le moteur thermique monte moins vite en température que la batterie. Dans ce mode de fonctionnement, le premier système de vannes pilotées 40, le second système de vannes pilotées 50, le troisième système de vannes pilotées 60 sont arrangés selon un troisième arrangement. Dans ce troisième arrangement :
- pour le premier système de vannes pilotées 40 : la première vanne pilotée 45, la seconde vanne pilotée 46, la troisième vanne pilotée 47 et la quatrième vanne pilotée 48 sont fermées (voir figure 2A);
- pour le second système de vannes pilotées 50 : la première vanne pilotée 55, la seconde vanne pilotée 56, la troisième vanne pilotée 57 sont fermées (voir figure 2B). La quatrième vanne pilotée 58 est ouverte mettant en relation fluidique la seconde entrée 52 avec la troisième entrée 53 ;
- pour le troisième système de vannes pilotées 60 : la première vanne pilotée 65, la seconde vanne pilotée 66, la troisième vanne pilotée 67 sont fermées (voir figure 2C). La quatrième vanne pilotée 68 est ouverte mettant en relation fluidique la première entrée 61 avec la quatrième entrée 64.
Dans ce troisième mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride, il existe une boucle de chauffage. Cette boucle de chauffage comprend le second système de vannes pilotées 50, la pompe 31, l’échangeur thermique liquide/réfrigérant 32, la résistance électrique 33, la conduite 34 du circuit à très basse température 30, le troisième système de vannes pilotées 60, la seconde conduite 262 du circuit à basse température 20, la pompe 25, le thermostat à trois voies 24, la première conduite 261 du circuit à basse température 20, l’ensemble d’échangeur 22, la troisième conduite 263 du circuit à basse température 20. La seconde boucle de chauffage est destinée à chauffer la batterie 7 par l’ensemble d’échangeur 22. Il existe également une boucle fermée autour du moteur thermique 3. Cette boucle fermée comprend : la conduite moteur amont 191, la pompe 11, la conduite moteur aval 192, l’échangeur eau/huile 14, le thermostat principal 15.
On notera que le premier système de vannes pilotées 40 sépare la boucle de chauffage et la boucle fermée du moteur thermique 3. La vanne 18 ferme l’arrivée du fluide caloporteur par la première branche 193. Ainsi, les fluides caloporteurs de ces deux boucles ne sont pas en communication puisque aucune des vannes 45, 46, 47, 48 du premier système de vannes pilotées 40 n’est ouverte. Le fluide caloporteur ne passe ainsi ni par le radiateur haute pression 16 ni par le radiateur à très basse température 17 puisque la vanne 18 ferme l’arrivée potentielle du fluide caloporteur par la première branche 193. Cette troisième configuration des systèmes de vannes pilotées 40, 50, 60, 18 est particulièrement adaptée lorsque le moteur thermique 3 monte moins vite en température que la batterie 7.
Ce troisième mode de fonctionnement permet alors de réaliser un chauffage de la batterie 7 notamment au départ du fonctionnement du mode thermique pure.
La figure 6 est une vue schématique du circuit général de refroidissement de la figure 1 en fonctionnement selon un quatrième mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride dit mode thermique pure où le moteur thermique monte plus vite en température que la batterie. Dans ce mode de fonctionnement, le premier système de vannes pilotées 40, le second système de vannes pilotées 50, le troisième système de vannes pilotées 60 sont arrangés selon un quatrième arrangement. Dans ce quatrième arrangement :
- pour le premier système de vannes pilotées 40 : la première vanne pilotée 45, la troisième vanne pilotée 47 et la quatrième vanne pilotée 48 sont fermées (voir figure 2A). La seconde vanne pilotée 46 est ouverte mettant en relation fluidique la première entrée 41 et la troisième entrée 43 ;
- pour le second système de vannes pilotées 50 : la première vanne pilotée 55, la troisième vanne pilotée 57 sont fermées (voir figure 2B). La seconde vanne pilotée 56 est ouverte mettant en relation fluidique la première entrée 51 et la troisième entrée 53. La quatrième vanne pilotée 58 est ouverte mettant en relation fluidique la seconde entrée 52 avec la troisième entrée 53 ;
- pour le troisième système de vannes pilotées 60 : la première vanne pilotée 65, la seconde vanne pilotée 66 sont fermées (voir figure 2C). La troisième vanne pilotée 67 est ouverte mettant en relation fluidique la seconde entrée 62 et la quatrième entrée 64. De la même manière, la quatrième vanne pilotée 68 est ouverte mettant en relation fluidique la première entrée 61 avec la quatrième entrée 64.
Dans ce quatrième mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride, il existe une première boucle de chauffage et une seconde boucle de chauffage. La première boucle de chauffage comprend : le premier système de vannes pilotées 40, la conduite moteur amont 191, la pompe 11, la conduite moteur aval 192, l’échangeur eau/huile 14, le thermostat principal 15, la première conduite 193 du circuit à haute température 10, la vanne 18, la troisième conduite auxiliaire 73, le troisième système de vannes pilotées 60, la seconde conduite 262 du circuit à basse température 20, la pompe 25, le thermostat à trois voies 24, la première conduite 261 du circuit à basse température 20, l’ensemble d’échangeur 22, la troisième conduite 263 du circuit à basse température 20, le second système de vannes pilotées 50, la première conduite auxiliaire 71. Cette première boucle de chauffage est destinée à chauffer le moteur thermique 3 par l’ensemble d’échangeur 22. La seconde boucle de chauffage comprend le second système de vannes pilotées 50, la pompe 31, l’échangeur thermique liquide/réfrigérant 32, la résistance électrique 33, la conduite 34 du circuit à très basse température 30, le troisième système de vannes pilotées 60, la seconde conduite 262 du circuit à basse température 20, la pompe 25, le thermostat à trois voies 24, la première conduite 261 du circuit à basse température 20, l’ensemble d’échangeur 22, la troisième conduite 263 du circuit à basse température 20. La seconde boucle de chauffage est destinée à chauffer la batterie 7 par l’ensemble d’échangeur 22. On notera ici que la première boucle de chauffage et la seconde boucle de chauffage ont des éléments en commun (le second système de vannes pilotées 50, le troisième système de vannes pilotées 60, la seconde conduite 262 du circuit à basse température 20, la pompe 25, le thermostat à trois voies 24, la première conduite 261 du circuit à basse température 20, l’ensemble d’échangeur 22, la troisième conduite 263 du circuit à basse température 20). On fait ainsi communiquer les deux boucles de chauffage par le premier système de vannes pilotées 40. Le fluide caloporteur traverse ainsi le moteur thermique 3, l’ensemble d’échangeur 22, la batterie 7. Le moteur thermique 3 et la batterie 7 partagent alors l’ensemble des calories disponibles sur le véhicule automobile hybride.
Ce quatrième mode de fonctionnement permet de réaliser un chauffage optimal de la batterie 7 en utilisant les calories du moteur thermique 3.
La figure 7 est une vue schématique du circuit général de refroidissement de la figure 1 en fonctionnement selon un cinquième mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride dit mode hybride avec une accélération de la montée en température du moteur thermique. Dans ce mode de fonctionnement, le premier système de vannes pilotées 40, le second système de vannes pilotées 50, le troisième système de vannes pilotées 60 sont arrangés selon un cinquième arrangement. Dans ce cinquième arrangement :
- pour le premier système de vannes pilotées 40 : la première vanne pilotée 45, la troisième vanne pilotée 47 et la quatrième vanne pilotée 48 sont fermées (voir figure 2A). La seconde vanne pilotée 46 est ouverte mettant en relation fluidique la première entrée 41 et la troisième entrée 43 ;
- pour le second système de vannes pilotées 50 : la première vanne pilotée 55, la troisième vanne pilotée 57 sont fermées (voir figure 2B). La seconde vanne pilotée 56 est ouverte mettant en relation fluidique la première entrée 51 et la troisième entrée 53 ;
- pour le troisième système de vannes pilotées 60 : la première vanne pilotée 65, la seconde vanne pilotée 66 sont fermées (voir figure 2C). La troisième vanne pilotée 67 est ouverte mettant en relation fluidique la seconde entrée 62 et la quatrième entrée 64.
Ce cinquième mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride comporte une première boucle de chauffage. La première boucle de chauffage comprend : le premier système de vannes pilotées 40, la conduite moteur amont 191, la pompe 11, la conduite moteur aval 192, l’échangeur eau/huile 14, le thermostat principal 15, la première conduite 193 du circuit à haute température 10, la vanne 18, la troisième conduite auxiliaire 73, le troisième système de vannes pilotées 60, la seconde conduite 262 du circuit à basse température 20, la pompe 25, le thermostat à trois voies 24, la première conduite 261 du circuit à basse température 20, l’ensemble d’échangeur 22 comprenant le refroidisseur d’air de suralimentation (RAS) et le refroidisseur du système de recirculation des gaz d’échappement (EGR), le moteur électrique 5, l’électronique de puissance 21, la troisième conduite 263 du circuit à basse température 20, le second système de vannes pilotées 50, la première conduite auxiliaire 71. Cette première boucle de chauffage est destinée à accélérer la montée en température du moteur thermique 3 par les calories générées par le RAS, l’EGR, le moteur électrique 5 et l’électronique de puissance 21 dans un mode hybride. Ce moteur thermique 3 possède en effet une grande inertie thermique. Le second système de vannes pilotées 50 et le troisième système de vannes pilotées 60 permettent de mettre en communication la partie du circuit général de refroidissement 1 dédié au moteur thermique 3 et la partie du circuit général de refroidissement 1 dédié au RAS, à l’EGR, au moteur électrique 5 et à l’électronique de puissance 21. Les calories générées par le RAS, l’EGR, le moteur électrique 5 et l’électronique de puissance 21 sont donc utilisées pour accélérer l’échauffement du moteur thermique 3. On peut ainsi réduire la consommation du moteur thermique 3 et les émissions polluantes du véhicule automobile hybride. En option, il est également possible d’accélérer la montée en température de la batterie 7, une partie du fluide caloporteur de la première boucle de chauffage étant alors dérivée vers cette batterie 7 (représentée par des flèches en pointillées sur la figure 7). Pour cela :
- le second système de vannes pilotées 50 comprend une quatrième vanne pilotée 58 ouverte, mettant en relation fluidique la seconde entrée 52 avec la troisième entrée 53 ;
- le troisième système de vannes pilotées 60 comprend une quatrième vanne pilotée 68 ouverte, mettant en relation fluidique la première entrée 61 avec la quatrième entrée 64.
Une seconde boucle de chauffage est alors formée comprenant le second système de vannes pilotées 50, la pompe 31, l’échangeur thermique liquide/réfrigérant 32, la résistance électrique 33, la conduite 34 du circuit à très basse température 30, le troisième système de vannes pilotées 60, la seconde conduite 262 du circuit à basse température 20, la pompe 25, le thermostat à trois voies 24, la première conduite 261 du circuit à basse température 20, l’ensemble d’échangeur 22 comprenant le refroidisseur d’air de suralimentation (RAS) et le refroidisseur du système de recirculation des gaz d’échappement (EGR), le moteur électrique 5, l’électronique de puissance 21, la troisième conduite 263 du circuit à basse température 20.
La première boucle de chauffage et la seconde boucle de chauffage ont ainsi des éléments en commun (le second système de vannes pilotées 50, le troisième système de vannes pilotées 60, la seconde conduite 262 du circuit à basse température 20, la pompe 25, le thermostat à trois voies 24, la première conduite 261 du circuit à basse température 20, l’ensemble d’échangeur 22, le moteur électrique 5, l’électronique de puissance 21, la troisième conduite 263 du circuit à basse température 20).
Ce cinquième fonctionnement en mode hybride permet de réaliser un chauffage optimal du moteur thermique 3 et de la batterie 7 (en option) en utilisant les calories de l’ensemble d’échangeur 22 (RAS, EGR), du moteur électrique 5, et de l’électronique de puissance 21.
La figure 8 est une vue schématique du circuit général de refroidissement de la figure 1 en fonctionnement selon un sixième mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride dit mode électrique pure avec chauffage de l’habitacle et préchauffage du moteur thermique. Dans ce mode de fonctionnement, le premier système de vannes pilotées 40, le second système de vannes pilotées 50, le troisième système de vannes pilotées 60 sont arrangés selon un sixième arrangement identique au cinquième arrangement de la figure 7. Pour rappel, dans cinquième arrangement :
- pour le premier système de vannes pilotées 40 : la première vanne pilotée 45, la troisième vanne pilotée 47 et la quatrième vanne pilotée 48 sont fermées (voir figure 2A). La seconde vanne pilotée 46 est ouverte mettant en relation fluidique la première entrée 41 et la troisième entrée 43 ;
- pour le second système de vannes pilotées 50 : la première vanne pilotée 55, la troisième vanne pilotée 57 et la quatrième vanne pilotée 58 sont fermées (voir figure 2B). La seconde vanne pilotée 56 est ouverte mettant en relation fluidique la première entrée 51 et la troisième entrée 53 ;
- pour le troisième système de vannes pilotées 60 : la première vanne pilotée 65, la seconde vanne pilotée 66 et la quatrième vanne pilotée 68 sont fermées (voir figure 2C). La troisième vanne pilotée 67 est ouverte mettant en relation fluidique la seconde entrée 62 et la quatrième entrée 64.
Ce sixième mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride comporte une seule boucle de chauffage. Cette boucle de chauffage comprend ainsi : le premier système de vannes pilotées 40, la conduite moteur amont 191, la pompe 11, la conduite moteur aval 192, l’échangeur eau/huile 14, le thermostat principal 15, la première conduite 193 du circuit à haute température 10, la vanne 18, la troisième conduite auxiliaire 73, le troisième système de vannes pilotées 60, la seconde conduite 262 du circuit à basse température 20, la pompe 25, le thermostat à trois voies 24, la première conduite 261 du circuit à basse température 20, le moteur électrique 5, l’électronique de puissance 21, la troisième conduite 263 du circuit à basse température 20, le second système de vannes pilotées 50, la première conduite auxiliaire 71. Cette boucle de chauffage est destinée à accélérer la montée en température du moteur thermique 3 et le chauffage de l’habitacle du véhicule automobile hybride. En effet, en mode électrique pure lorsque la température ambiante est relativement basse (entre 10°C et 20°C, par exemple), il est intéressant de préchauffer le moteur thermique 3 pendant le roulage. Le premier système de vannes pilotées 40, le second système de vannes pilotées 50, le troisième système de vannes pilotées 60 mettent en communication fluidique d’une part l’électronique de puissance 21 (onduleur), le moteur électrique 5 et d’autre part le moteur thermique 3 et le radiateur de chauffage de l’habitable 13. Les calories issues de l’onduleur et du moteur électrique 5 chauffent ainsi le moteur thermique 3 et le radiateur de chauffage de l’habitable 13.
Ce sixième mode de fonctionnement thermique permet de réaliser un préchauffage optimal du moteur thermique 3 en mode électrique pure, tout en chauffant l’habitacle du véhicule automobile hybride.
La figure 9 est une vue schématique du circuit général de refroidissement de la figure 1 en fonctionnement selon un septième mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride dit mode thermique pure avec chauffage de l’habitacle et accélération du moteur thermique. Dans ce mode de fonctionnement, le premier système de vannes pilotées 40, le second système de vannes pilotées 50, le troisième système de vannes pilotées 60 sont arrangés selon un septième arrangement identique au cinquième arrangement de la figure 7.
Ce septième mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride comporte une seule boucle de chauffage. Cette boucle de chauffage comprend ainsi : le premier système de vannes pilotées 40, la conduite moteur amont 191, la pompe 11, la conduite moteur aval 192, l’échangeur eau/huile 14, le thermostat principal 15, la première conduite 193 du circuit à haute température 10, la vanne 18, la troisième conduite auxiliaire 73, le troisième système de vannes pilotées 60, la seconde conduite 262 du circuit à basse température 20, la pompe 25, le thermostat à trois voies 24, la première conduite 261 du circuit à basse température 20, l’ensemble d’échangeur 22 (RAS, EGR), la troisième conduite 263 du circuit à basse température 20, le second système de vannes pilotées 50, la première conduite auxiliaire 71. Cette boucle de chauffage est destinée à accélérer la montée en température du moteur thermique 3 et le chauffage de l’habitacle du véhicule automobile hybride. C’est un mode de fonctionnement assez courant lorsque le moteur thermique 3 n’a pas encore atteint une température de référence. Le premier système de vannes pilotées 40, le second système de vannes pilotées 50, le troisième système de vannes pilotées 60 mettent en communication fluidique le RAS et l’EGR avec le moteur thermique 3. Les calories issues du RAS et de l’EGR chauffent le moteur thermique 3 jusqu’à ce que le fluide caloporteur atteigne la valeur de référence (de l’ordre de 70°C).
Ce septième mode de fonctionnement thermique permet de réaliser un chauffage optimal du moteur thermique 3 en mode thermique pure, tout en chauffant l’habitacle du véhicule automobile hybride.
La figure 10 est une vue schématique du circuit général de refroidissement de la figure 1 en fonctionnement selon un huitième mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride dit mode hybride avec chauffage de l’habitacle et accélération du moteur thermique. Dans ce mode de fonctionnement, le premier système de vannes pilotées 40, le second système de vannes pilotées 50, le troisième système de vannes pilotées 60 sont arrangés selon un huitième arrangement identique au cinquième arrangement de la figure 7.
Ce huitième mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride comporte une première boucle de chauffage. Cette première boucle de chauffage comprend ainsi : le premier système de vannes pilotées 40, la conduite moteur amont 191, la pompe 11, la conduite moteur aval 192, l’échangeur eau/huile 14, le thermostat principal 15, la première conduite 193 du circuit à haute température 10, la vanne 18, la troisième conduite auxiliaire 73, le troisième système de vannes pilotées 60, la seconde conduite 262 du circuit à basse température 20, la pompe 25, le thermostat à trois voies 24, la première conduite 261 du circuit à basse température 20, l’électronique de puissance 21, le moteur électrique 5, l’ensemble d’échangeur 22 (RAS, EGR), la troisième conduite 263 du circuit à basse température 20, le second système de vannes pilotées 50, la première conduite auxiliaire 71. Cette boucle de chauffage est destinée à accélérer la montée en température du moteur thermique 3 et le chauffage de l’habitacle du véhicule automobile hybride. C’est un mode de fonctionnement similaire au mode de fonctionnement de la figure 9. L’électronique de puissance 21, le moteur électrique 5, le RAS et l’EGR sont actifs. Les calories générées par ces organes sont utilisées pour préchauffer le moteur thermique 3 et pour chauffer l’habitable du véhicule automobile hybride. Selon la température du fluide caloporteur, il est possible en option de refroidir ou de chauffer la batterie 7. Dans cette option, une partie du fluide caloporteur de la première boucle de chauffage est dérivée vers la batterie 7 (représentée par des flèches en pointillées sur la figure 10). Pour cela :
- le second système de vannes pilotées 50 comprend une première vanne pilotée 55 ouverte, mettant en relation fluidique la première entrée 51 avec la seconde entrée 52 ;
- le troisième système de vannes pilotées 60 comprend une première vanne pilotée 65 ouverte, mettant en relation fluidique la première entrée 61 avec la seconde entrée 62.
Ce huitième mode de fonctionnement thermique permet de réaliser un préchauffage optimal du moteur thermique 3 en mode hybride, tout en chauffant l’habitacle du véhicule.
La figure 11 est une vue schématique du circuit général de refroidissement de la figure 1 en fonctionnement selon un neuvième mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride dit mode hybride avec chauffage de l’habitacle et accélération du moteur thermique et avec refroidissement de la batterie par un échangeur thermique liquide/réfrigérant. Ce mode de fonctionnement est particulièrement adapté lorsque la batterie est préchauffée pendant sa recharge (premier mode de fonctionnement) par temps froid ou pendant un précédent roulage. Dans le neuvième mode de fonctionnement, le premier système de vannes pilotées 40, le second système de vannes pilotées 50, le troisième système de vannes pilotées 60 sont arrangés selon un neuvième arrangement. Dans ce neuvième arrangement :
- pour le premier système de vannes pilotées 40 : la première vanne pilotée 45, la troisième vanne pilotée 47 et la quatrième vanne pilotée 48 sont fermées (voir figure 2A). La seconde vanne pilotée 46 est ouverte mettant en relation fluidique la première entrée 41 et la troisième entrée 43 ;
- pour le second système de vannes pilotées 50 : la première vanne pilotée 55, la quatrième vanne pilotée 58 sont fermées (voir figure 2B). La seconde vanne pilotée 56 est ouverte mettant en relation fluidique la première entrée 51 et la troisième entrée 53 et la troisième vanne pilotée 57 est ouverte mettant en relation fluidique la quatrième entrée 54 et la seconde entrée 52.
- pour le troisième système de vannes pilotées 60 : la première vanne pilotée 65, la quatrième vanne pilotée 68 sont fermées (voir figure 2C). La seconde vanne pilotée 66 est ouverte mettant en relation fluidique la première entrée 61 et la troisième entrée 63 et la troisième vanne pilotée 67 est ouverte mettant en relation fluidique la seconde entrée 62 et la quatrième entrée 64.
Ce neuvième mode de fonctionnement du véhicule automobile hybride comporte une boucle de chauffage et une boucle de refroidissement. La boucle de chauffage comprend : le premier système de vannes pilotées 40, la conduite moteur amont 191, la pompe 11, la conduite moteur aval 192, l’échangeur eau/huile 14, le thermostat principal 15, la première conduite 193 du circuit à haute température 10, la vanne 18, la troisième conduite auxiliaire 73, le troisième système de vannes pilotées 60, la seconde conduite 262 du circuit à basse température 20, la pompe 25, le thermostat à trois voies 24, la première conduite 261 du circuit à basse température 20, l’électronique de puissance 21, le moteur électrique 5, l’ensemble d’échangeur 22 (RAS, EGR), la troisième conduite 263 du circuit à basse température 20, le second système de vannes pilotées 50, la première conduite auxiliaire 71. Cette boucle de chauffage est destinée à accélérer la montée en température du moteur thermique 3 et le chauffage de l’habitacle du véhicule automobile hybride. C’est un mode de fonctionnement similaire au mode de fonctionnement de la figure 10. L’électronique de puissance 21, le moteur électrique 5, le RAS et l’EGR sont actifs. Les calories générées par ces organes sont utilisées pour préchauffer le moteur thermique 3 et pour chauffer l’habitable du véhicule automobile hybride.
La boucle de refroidissement comprend : le second système de vannes pilotées 50, l’échangeur thermique liquide/réfrigérant 32, la conduite 34, le troisième système de vannes pilotées 60. Dans cette boucle de refroidissement, l’échangeur thermique liquide/réfrigérant 32 est adapté pour refroidir le fluide caloporteur qui va traverser la batterie 7.
Ce neuvième mode de fonctionnement thermique permet de réaliser un préchauffage optimal du moteur thermique 3 en mode hybride, tout en chauffant l’habitacle du véhicule et en permettant un refroidissement de la batterie 7.
On notera que le premier mode de fonctionnement de la figure 3 permet un meilleur rendement de la batterie pour le prochain démarrage avec un roulage électrique pure, soit en vue d’utiliser ladite batterie comme élément de stockage de la chaleur afin d’accélérer la montée en température du moteur thermique et/ou afin d’améliorer le chauffage de l’habitacle par le neuvième mode de fonctionnement.
Le tableau de la figure 12 résume les différents modes de fonctionnement du véhicule automobile hybride tels que décrits aux figures 3 à 11.
Les modes de réalisations illustrés aux figures 3 à 11 permettent ainsi d’avoir toutes les configurations d’un circuit de refroidissement performant afin de garantir un fonctionnement optimisé du véhicule automobile hybride. Il peut également assurer le refroidissement mais aussi le préchauffage ou le chauffage du moteur thermique 3, de la batterie 7, de l’habitacle du véhicule automobile hybride. Grâce au moyens de chauffage et de préchauffage de l’invention (le moteur électrique 5, l’électronique de puissance 21, le refroidisseur d’air de suralimentation, le refroidisseur du système de recirculation des gaz d’échappement, la résistance électrique 33) il est possible de réduire la consommation et les émissions polluantes du moteur thermique 3 tout en améliorant le rendement, l’autonomie et la durée de vie de la batterie 7.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation et variantes présentées et d’autres modes de réalisation et variantes apparaîtront clairement à l’homme du métier.

Claims (11)

  1. Dispositif de gestion thermique pour un véhicule automobile hybride, ledit véhicule automobile hybride comprenant un moteur thermique (3), un moteur électrique (5), une batterie (7) pour l’alimentation dudit moteur électrique (5), ledit dispositif de gestion thermique comportant :
    - un circuit général de refroidissement (1) adapté pour faire circuler un fluide caloporteur ;
    - des moyens de chauffage (5, 21, 22, 33) pour le chauffage dudit fluide caloporteur ;
    - des moyens d’interconnexion (40, 50, 60) entre les différents moyens de chauffage (5, 21, 22, 33) dudit fluide caloporteur ;
    caractérisé en ce que les moyens d’interconnexion (40, 50, 60) comprennent au moins deux systèmes de vannes pilotées (40, 50, 60) distincts, chaque système de vannes pilotées (40, 50, 60) comportant au moins deux voies (41, 42, 43, 44 ; 51, 52, 53, 54 ; 61, 62, 63, 64) pour interconnecter tout ou partie des différents moyens de chauffage (5, 21, 22, 33) en vue d’optimiser le chauffage du moteur thermique (3) et/ou de la batterie (7) par ledit fluide caloporteur circulant dans au moins une boucle de chauffage.
  2. Dispositif de gestion thermique selon la revendication 1, le véhicule automobile hybride ayant un habitacle, dans lequel les moyens d’interconnexion (40, 50, 60) interconnectent tout ou partie des différents moyens de chauffage (5, 21, 22, 33) en vue d’optimiser le chauffage de l’habitacle.
  3. Dispositif de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les moyens d’interconnexion (40, 50, 60) comprennent au moins trois systèmes de vannes pilotées (40, 50, 60), chaque système de vannes pilotées comportant quatre voies (41, 42, 43, 44 ; 51, 52, 53, 54 ; 61, 62, 63, 64).
  4. Dispositif de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de chauffage sont choisis parmi une liste de moyens de chauffage comprenant :
    - le moteur électrique (5) ;
    - une électronique de puissance (21) ;
    - un refroidisseur d’air de suralimentation (RAS) ;
    - un refroidisseur d’un système de recirculation des gaz d’échappement (EGR) ;
    - une résistance électrique (33).
  5. Dispositif de gestion thermique selon la revendication 4, dans lequel les systèmes de vannes pilotées (40, 50, 60) sont arrangés de sorte que la résistance électrique (33) et/ou l’électronique de puissance (21) et/ou le moteur électrique (5) et/ou le refroidisseur d’air de suralimentation (RAS) et/ou le refroidisseur d’un système de recirculation des gaz d’échappement (EGR) chauffent la batterie (7).
  6. Dispositif de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel les systèmes de vannes pilotées (40, 50, 60) sont arrangés de sorte que l’électronique de puissance (21) et/ou le moteur électrique (5) et/ou le refroidisseur d’air de suralimentation (RAS) et/ou le refroidisseur d’un système de recirculation des gaz d’échappement (EGR) chauffent le moteur thermique (3).
  7. Dispositif de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel les systèmes de vannes pilotées (40, 50, 60) sont arrangés de sorte que l’électronique de puissance (21) et/ou le moteur électrique (5) et/ou le refroidisseur d’air de suralimentation (RAS) et/ou le refroidisseur d’un système de recirculation des gaz d’échappement (EGR) chauffent l’habitacle du véhicule automobile hybride.
  8. Dispositif de gestion thermique selon l’une quelconque des quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les systèmes de vannes pilotées (40, 50, 60) sont arrangés pour former une seule boucle de chauffage.
  9. Dispositif de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les systèmes de vannes pilotées (40, 50, 60) sont arrangés pour former deux boucles de chauffage.
  10. Dispositif de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la batterie (7) est refroidie par un échangeur thermique liquide/réfrigérant (32).
  11. Véhicule automobile hybride comprenant un dispositif de gestion thermique selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.
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