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Title:
AIR-CONDITIONING SYSTEM FOR AN ELECTRIC VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/083394
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an air-conditioning system (10) by absorption for the passenger compartment of a motor vehicle comprising at least one electric motor, at least one battery (30) for supplying said electric motor with electric power, and a system for cooling said at least one power battery (30) with a cooling fluid, said air-conditioning system (10) comprising a concentration tank (13), at least one Peltier element (18) designed to be supplied with electric power by the power battery (30), a first heat exchanger (16) and a pump (19) designed to guide the fluid of the cooling system through the first heat exchanger (16), said Peltier element (18) comprising a hot face and a cold face, the first heat exchanger (16) being mounted on the hot face of the Peltier element (18) in order to increase the temperature of the cooling fluid coming from the power battery (30) and passing through the first heat exchanger (16) in order to transmit heat into the concentration tank (13).

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Inventors:
SAUVAGE SCHEMBRI, Bastien (6 HAMEAU DE BATONCEAU, GAZERAN, 78125, FR)
CARVALHO, Eddy (14 RUE DU GENERAL LECLERC, ECHOUBOULAINS, 77830, FR)
PINTAT, Bruno (52 AVE MARGUERITE RENAUDIN, CLAMART, 92140, FR)
BOUYAUD, Muriel (12 RUE PIERRE MENDES FRANCE, MAGNY LES HAMEAUX, 78114, FR)
Application Number:
FR2017/052916
Publication Date:
May 11, 2018
Filing Date:
October 24, 2017
Export Citation:
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Assignee:
PSA AUTOMOBILES SA (2-10 Boulevard de l'Europe, Poissy, 78300, FR)
International Classes:
B60H1/32; B60H1/00; B60H1/14; B60H1/22; F25B15/06; F25B27/02; H01M10/625; H01M10/6568; H01M10/6572; H01M10/663
Domestic Patent References:
WO2003043841A12003-05-30
WO2012044966A12012-04-05
WO2003043841A12003-05-30
Foreign References:
EP1038701A22000-09-27
DE102011081313A12013-02-28
Attorney, Agent or Firm:
LEROUX, Jean Philippe (PSA Automobiles SA, VPIB - pour EN - LG08118 rue des Fauvelles, La Garenne Colombes, 92250, FR)
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Claims:
Revendications :

1 . Système de climatisation (10) par absorption pour l'habitacle (20) d'un véhicule comprenant au moins un moteur électrique, au moins une batterie d'alimentation (30) en énergie électrique dudit moteur électrique et un système de refroidissement par un fluide de refroidissement de ladite au moins une batterie d'alimentation (30), ledit système de climatisation (10) comprenant un réservoir de concentration (13), au moins un élément Peltier (18) adapté pour être alimenté en énergie électrique par la batterie d'alimentation (30), un premier échangeur thermique (16) et une pompe (19) adaptée pour guider le fluide du système de refroidissement à travers le premier échangeur thermique (16), ledit élément Peltier (18) comprenant une face chaude et une face froide, le premier échangeur thermique (16) étant monté sur la face chaude de l'élément Peltier (18) afin d'augmenter la température du fluide de refroidissement issu de la batterie d'alimentation (30) et traversant le premier échangeur thermique (16) pour transmettre de la chaleur dans le réservoir de concentration (13). 2. Système (10) selon la revendication 1 , dans lequel le réservoir de concentration (13) comprend une solution auquel le fluide de refroidissement transmet de la chaleur.

3. Système (10) selon la revendication précédente, dans lequel ladite solution comprend au moins un fluide réfrigérant et un fluide absorbant, ladite chaleur transmise par le fluide de refroidissement étant adaptée pour permettre l'évaporation du fluide réfrigérant. 4. Système (10) selon la revendication précédente, dans lequel le réservoir de concentration (13) est sous vide.

5. Système (10) selon l'une des revendications 3 à 4, dans lequel la chaleur transmise par le fluide de refroidissement est adaptée pour permettre l'évaporation du fluide réfrigérant et pas du fluide absorbant. 6. Système (10) selon l'une des revendications précédentes, comprenant un deuxième échangeur thermique (17) traversé par le fluide de refroidissement après le premier échangeur thermique (16), ledit deuxième échangeur thermique (17) étant monté sur la face froide de l'élément Peltier (18) afin de diminuer la température du fluide de refroidissement traversant le deuxième échangeur thermique (17). 7. Système (10) selon la revendication précédente, dans lequel le fluide de refroidissement refroidi dans le deuxième échangeur thermique (17) est adapté pour être guidé jusqu'à la batterie d'alimentation (30) afin de la refroidir, puis jusqu'au premier échangeur thermique (16).

8. Véhicule automobile comprenant au moins un moteur électrique, au moins une batterie d'alimentation (30) en énergie électrique dudit moteur électrique, un système de refroidissement par un fluide de refroidissement de ladite au moins une batterie d'alimentation (30) et un système de climatisation (10) selon l'une des revendications précédentes.

9. Procédé de climatisation par absorption pour l'habitacle (20) d'un véhicule automobile comprenant au moins un moteur électrique, au moins une batterie d'alimentation (30) en énergie électrique dudit moteur électrique, un système de refroidissement par un fluide de refroidissement de ladite au moins une batterie d'alimentation (30) et un système de climatisation (10) comprenant un réservoir de concentration (13), au moins un élément Peltier (18) adapté pour être alimenté en énergie électrique par la batterie d'alimentation (30), un premier échangeur thermique (16) et un deuxième échangeur thermique (17), ledit élément Peltier (18) comprenant une face chaude et une face froide, le premier échangeur thermique (16) étant monté sur la face chaude de l'élément Peltier (18) et le deuxième échangeur thermique (17) étant monté sur la face froide de l'élément Peltier (18), le procédé comprenant :

- une étape de guidage du fluide de refroidissement (R1 ) chauffé par la batterie d'alimentation (30) vers le premier échangeur thermique (16) afin que la face chaude de l'élément Peltier (18) transmette de la chaleur au fluide de refroidissement (R1 ),

- une étape de guidage du fluide de refroidissement (R2) chauffé par l'élément Peltier (18) vers le réservoir de concentration (13) afin de transmettre de la chaleur dans le réservoir de concentration (13),

- une étape de guidage du fluide de refroidissement (R3) refroidi dans le réservoir de concentration (13) vers le deuxième échangeur thermique (17) afin que la face froide de l'élément Peltier (18) refroidisse le fluide de refroidissement (R3), et

- une étape de guidage du fluide de refroidissement (R4) refroidi par l'élément Peltier (18) vers la batterie d'alimentation (30) afin de refroidir ladite batterie d'alimentation (30).

10. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, le système de climatisation (10) comprenant au moins une pompe hydraulique (19), le fluide de refroidissement (R1 , R2, R3, R4) est guidé à l'aide de ladite au moins une pompe hydraulique (19).

Description:
SYSTEME DE CLIMATISATION D'UN VEHICULE ELECTRIQUE

[001 ] L'invention concerne, de façon générale, les systèmes de climatisation, en particulier montés au sein de véhicules automobiles. [002] L'invention porte plus particulièrement sur un système de climatisation par absorption pour véhicule électrique.

[003] De manière connue, un véhicule automobile comprend un système de gestion de l'air au sein de l'habitacle du véhicule afin d'assurer le confort des passagers du véhicule automobile. Un tel système désigné HVAC, pour Heating, Ventilation and Air-Conditioning en langue anglaise, signifiant chauffage, ventilation et climatisation, permet notamment de contrôler la température de l'air au sein de l'habitable du véhicule.

[004] Dans ce but, le système HVAC comprend un système de climatisation par absorption dans lequel un fluide caloporteur circule entre l'habitacle et une chambre d'évaporation. Le fluide caloporteur est refroidi dans la chambre d'évaporation par évaporation d'un fluide réfrigérant. Le fluide caloporteur ainsi refroidi permet alors de refroidir l'air de l'habitacle.

[005] De manière connue, le système de climatisation par absorption comprend différentes chambres afin de permettre l'utilisation du fluide réfrigérant en circuit fermé en permettant la condensation de ce dernier. Pour ce faire, la vapeur du fluide réfrigérant est absorbée dans une chambre d'absorption par un fluide absorbant afin de l'évacuer de la chambre d'évaporation. Le fluide réfrigérant est ensuite séparé du fluide absorbant dans une chambre de concentration dans laquelle une source de chaleur permet l'évaporation du fluide réfrigérant uniquement qui est ensuite condensé dans une chambre de condensation en vue de sa réutilisation dans la chambre d'évaporation. Pour permettre l'évaporation du fluide réfrigérant dans la chambre de concentration, la source de chaleur doit transmettre suffisamment de chaleur.

[006] Dans un véhicule à moteur thermique, la source de chaleur utilisée est la chaleur dégagée par le moteur thermique. Cependant, dans le cas d'un véhicule à moteur électrique, le moteur électrique ne dégage pas suffisamment de chaleur pour assurer le rôle de source de chaleur. Aussi, il est connu d'utiliser une résistance électrique alimentée en énergie électrique par les batteries du véhicule pour dégager de la chaleur. Cependant, cette consommation supplémentaire d'énergie électrique est importante, ce qui réduit de manière significative l'autonomie du véhicule électrique et représente donc un inconvénient majeur.

[007] On connaît par le document WO03043841 , un système de climatisation d'un véhicule électrique à pile à combustible dans lequel la source de chaleur est la pile à combustible qui dégage une quantité importante de chaleur. Cependant, une telle solution n'est possible que dans le cas d'une pile à combustible. Dans le cas d'une batterie électrique classique, cette dernière ne dégage pas suffisamment de chaleur pour être utilisée comme source de chaleur par le système de climatisation.

[008] L'invention vise donc à résoudre ces inconvénients en proposant un système de climatisation par absorption pour un véhicule électrique permettant l'évaporation du fluide réfrigérant de manière aisée et fiable tout en minimisant la consommation en énergie électrique.

[009] Pour parvenir à ce résultat, la présente invention concerne un système de climatisation par absorption pour l'habitacle d'un véhicule comprenant au moins un moteur électrique, au moins une batterie d'alimentation en énergie électrique dudit moteur électrique et un système de refroidissement par un fluide de refroidissement de ladite au moins une batterie d'alimentation, ledit système de climatisation comprenant un réservoir de concentration, au moins un élément Peltier adapté pour être alimenté en énergie électrique par la batterie d'alimentation, un premier échangeur thermique et une pompe adaptée pour guider le fluide du système de refroidissement à travers le premier échangeur thermique, ledit élément Peltier comprenant une face chaude et une face froide, le premier échangeur thermique étant monté sur la face chaude de l'élément Peltier afin d'augmenter la température du fluide de refroidissement issu de la batterie d'alimentation et traversant le premier échangeur thermique pour transmettre de la chaleur dans le réservoir de concentration.

[0010] Grâce au système de climatisation selon l'invention, il est possible de refroidir l'air dans l'habitacle d'un véhicule électrique à l'aide d'un système de climatisation par absorption grâce à l'utilisation d'un module Peltier pour former une source de chaleur suffisante pour permettre l'évaporation du fluide réfrigérant dans le réservoir de concentration. Avantageusement, l'utilisation d'un tel module Peltier permet de limiter la consommation en énergie électrique pour former la source de chaleur. Le module Peltier permet également de refroidir le fluide de refroidissement de la batterie d'alimentation, ce qui permet d'optimiser son refroidissement. [001 1 ] Avantageusement, le réservoir de concentration comprend une solution auquel le fluide de refroidissement transmet de la chaleur.

[0012] Avantageusement, ladite solution comprend au moins un fluide réfrigérant et un fluide absorbant, ladite chaleur transmise par le fluide de refroidissement étant adaptée pour permettre l'évaporation du fluide réfrigérant.

[0013] Avantageusement, le réservoir de concentration est sous vide.

[0014] Avantageusement, la chaleur transmise par le fluide de refroidissement est adaptée pour permettre l'évaporation du fluide réfrigérant et pas du fluide absorbant.

[0015] Avantageusement, le système comprenant un deuxième échangeur thermique traversé par le fluide de refroidissement après le premier échangeur thermique, ledit deuxième échangeur thermique est monté sur la face froide de l'élément Peltier afin de diminuer la température du fluide de refroidissement traversant le deuxième échangeur thermique.

[0016] Avantageusement, le fluide de refroidissement refroidi dans le deuxième échangeur thermique est adapté pour être guidé jusqu'à la batterie afin de la refroidir puis jusqu'au premier échangeur thermique.

[0017] L'invention concerne également un véhicule automobile comprenant au moins un moteur électrique, au moins une batterie d'alimentation en énergie électrique dudit moteur électrique, un système de refroidissement par un fluide de refroidissement de ladite au une moins une batterie d'alimentation et un système de climatisation tel que décrit précédemment.

[0018] L'invention vise en outre un procédé de climatisation par absorption pour l'habitacle d'un véhicule automobile comprenant au moins un moteur électrique, au moins une batterie d'alimentation en énergie électrique dudit moteur électrique, un système de refroidissement par un fluide de refroidissement de ladite au moins une batterie d'alimentation et un système de climatisation comprenant un réservoir de concentration, au moins un élément Peltier adapté pour être alimenté en énergie électrique par la batterie d'alimentation, un premier échangeur thermique et un deuxième échangeur thermique, ledit élément Peltier comprenant une face chaude et une face froide, le premier échangeur thermique étant monté sur la face chaude de l'élément Peltier et le deuxième échangeur thermique étant monté sur la face froide de l'élément Peltier, le procédé comprenant une étape de guidage du fluide de refroidissement chauffé par la batterie d'alimentation vers le premier échangeur thermique afin que la face chaude de l'élément Peltier transmette de la chaleur au fluide de refroidissement, une étape de guidage du fluide de refroidissement chauffé par l'élément Peltier vers le réservoir de concentration afin de transmettre de la chaleur dans le réservoir de concentration, une étape de guidage du fluide de refroidissement refroidi dans le réservoir de concentration vers le deuxième échangeur thermique afin que la face froide de l'élément Peltier refroidisse le fluide de refroidissement, et une étape de guidage du fluide de refroidissement refroidi par l'élément Peltier vers la batterie d'alimentation afin de refroidir ladite batterie d'alimentation. [0019] Avantageusement, le système de climatisation comprenant au moins une pompe hydraulique, le fluide de refroidissement est guidé à l'aide de ladite au moins une pompe hydraulique.

[0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement, et en référence aux dessins qui montrent :

• la figure 1 , un schéma d'un système de climatisation par absorption monté dans un véhicule automobile, et

• la figure 2, un schéma partiel d'une forme de réalisation du système de climatisation selon l'invention. [0021 ] Dans ce qui va suivre, les modes de réalisation décrits s'attachent plus particulièrement à une mise en œuvre du système de climatisation selon l'invention au sein d'un véhicule automobile électrique. Cependant, toute mise en œuvre dans un contexte différent, en particulier dans tout type de véhicule, est également visée par la présente invention. [0022] Un véhicule automobile électrique (non représenté) comprend au moins un moteur électrique d'entraînement en rotation des roues du véhicule et au moins une batterie d'alimentation en énergie électrique dudit au moins un moteur électrique.

[0023] Dans la suite de la description, il sera présenté, par soucis de clarté, un véhicule automobile comprenant un unique moteur électrique et une unique batterie d'alimentation, mais il va de soi que le véhicule automobile pourrait comprendre plus d'un moteur électrique et/ou plus d'une batterie d'alimentation. [0024] Le véhicule automobile comprend en outre un système de climatisation de l'habitacle du véhicule et un système de refroidissement de la batterie d'alimentation.

[0025] Le système de refroidissement comprend un fluide de refroidissement adapté pour circuler à proximité de la batterie d'alimentation afin de la refroidir en récupérant une partie de la chaleur dégagée par la batterie. Le fluide de refroidissement est ensuite guidé jusqu'à une source de froid afin de dégager la chaleur récupérée. Puis, le fluide de refroidissement ainsi refroidit est à nouveau guidé à proximité de la batterie d'alimentation afin de la refroidir. Une telle recirculation du fluide de refroidissement permet ainsi un fonctionnement en circuit fermé du système de refroidissement. [0026] Comme illustré sur la figure 1 , le système de climatisation est un système de climatisation par absorption 10 comprenant au moins quatre réservoirs 1 1 , 12, 13, 14 reliés fluidiquement afin de refroidir l'air de l'habitacle 20 du véhicule : un réservoir d'évaporation 1 1 , un réservoir d'absorption 12, un réservoir de concentration 13 et un réservoir de condensation 14. [0027] Le réservoir d'évaporation 1 1 , également désigné évaporateur, est un réservoir dans lequel la pression est basse, de préférence proche d'une pression nulle : le réservoir est alors dit « sous vide ». Une telle pression basse dans le réservoir d'évaporation 1 1 permet de faciliter l'évaporation d'un fluide réfrigérant F1 pulvérisé dans le réservoir d'évaporation 1 1 . Le fluide réfrigérant F1 est par exemple de l'eau. Le fluide réfrigérant F1 est pulvérisé dans le réservoir d'évaporation 1 1 et s'évapore au contact d'un fluide frigorigène F0 qui transmet sa chaleur au fluide réfrigérant F1 . Le fluide frigorigène F0 est ainsi refroidit et est alors guidé jusqu'à l'habitacle 20 afin d'en refroidir l'air.

[0028] Afin de maintenir une pression basse au sein du réservoir d'évaporation 1 1 , le fluide réfrigérant F2 sous forme de vapeur est guidé jusqu'au réservoir d'absorption 12. [0029] Le réservoir d'absorption 12, également désigné absorbeur, est un réservoir dans lequel la pression est également basse afin de maintenir le fluide réfrigérant F2 sous forme de vapeur. Un fluide absorbant F3 est pulvérisé dans le réservoir d'absorption 12 afin d'absorber la vapeur de fluide réfrigérant F2. Le fluide absorbant F3 comprend par exemple du bromure de lithium. [0030] La solution F4 comprenant le fluide absorbant F3 dilué avec le fluide réfrigérant F2 est alors guidée jusqu'au réservoir de concentration 13 afin d'éviter la saturation de la solution F4 en fluide réfrigérant F2 et permettre ainsi l'absorption en continue.

[0031 ] Le réservoir de concentration 13, également désigné concentrateur ou désorbeur, est un réservoir dans lequel la pression est également basse afin de faciliter l'évaporation du fluide réfrigérant F2 absorbé par le fluide absorbant F3.

[0032] Pour séparer le fluide réfrigérant F2 du fluide absorbant F3, le réservoir de concentration 13 comprend une source de chaleur 15 dont la température, de préférence de l'ordre de 90 °C, permet l'évaporation du fluide réfrigérant F6 mais pas celle du fluide absorbant F5. Le fluide absorbant F5 reconcentré est alors guidé vers le réservoir d'absorption 12 afin d'y être pulvérisé comme décrit précédemment. Le fluide réfrigérant évaporé F6 est lui guidé vers le réservoir de condensation 14.

[0033] Le réservoir de condensation 14, également désigné condenseur, est un réservoir dans lequel la pression est haute, autrement dit supérieure à la pression dans les autres réservoirs, afin de permettre la condensation de la vapeur de fluide réfrigérant F6. Le fluide réfrigérant F7 sous forme liquide est ensuite guidé vers le réservoir d'évaporation 1 1 afin d'y être pulvérisé comme cela a été décrit précédemment.

[0034] Le principe de fonctionnement d'un tel système de climatisation par absorption étant connu, il ne sera pas décrit plus en détail. [0035] Comme illustré sur la figure 2, le système de climatisation 10 selon l'invention comprend en outre un premier échangeur thermique 16, un deuxième échangeur thermique 17, un module Peltier 18 et une pompe 19 adaptée pour faire circuler le fluide de refroidissement du système de refroidissement à travers le premier puis le deuxième échangeur thermique 16, 17 en passant par le réservoir de concentration 13. [0036] Le module Peltier 18 comprend au moins un élément Peltier (non représenté) alimenté en énergie électrique par la batterie d'alimentation 30. De préférence, le module Peltier comprend plus d'un élément Peltier, de préférence trois éléments Peltier, afin d'améliorer les échanges de chaleur avec le fluide de refroidissement. L'élément Peltier comprend une face chaude et une face froide. Lorsque l'élément Peltier est alimenté en énergie électrique, la face chaude dégage de la chaleur et la face froide absorbe de la chaleur. Avantageusement, l'utilisation d'un élément Peltier comme source de chaleur 15 dans le réservoir de concentration permet de limiter la consommation en énergie électrique du système de climatisation 10.

[0037] Le premier échangeur thermique 16 est relié fluidiquement au système de refroidissement et au réservoir de concentration 13. Le premier échangeur thermique 16 est monté sur la face chaude de l'élément Peltier afin d'augmenter la température du fluide de refroidissement traversant le premier échangeur thermique 16.

[0038] Le deuxième échangeur thermique 17 est relié fluidiquement au réservoir de concentration 13 et au système de refroidissement. Le deuxième échangeur thermique 17 est monté sur la face froide de l'élément Peltier afin de diminuer la température du fluide de refroidissement traversant le deuxième échangeur thermique 17.

[0039] La pompe hydraulique 19 est adaptée pour guider le fluide de refroidissement R4 à proximité de la batterie 30 afin de transmettre la chaleur dégagée par la batterie d'alimentation 30 au fluide de refroidissement R4 et ainsi permettre le refroidissement de la batterie d'alimentation 30. Le fluide de refroidissement R1 ainsi chauffé est ensuite guidé afin de traverser le premier échangeur thermique 16 dans lequel la face chaude de l'élément Peltier transmet de la chaleur au fluide de refroidissement R1 . Le fluide de refroidissement R2 ainsi chauffé est alors guidé à travers le réservoir de concentration 13 afin de former la source de chaleur 15 et permettre l'évaporation du fluide réfrigérant F6 contenu dans la solution F4. Le fluide de refroidissement R3 est ensuite guidé à travers le deuxième échangeur thermique 17 dans lequel la face froide de l'élément Peltier absorbe la chaleur du fluide de refroidissement R3 afin de le refroidir. Le fluide de refroidissement R4 ainsi refroidi est alors guidé vers la batterie d'alimentation 30.

[0040] Le fluide de refroidissement circule ainsi en boucle afin de permettre un fonctionnement en circuit fermé. De plus, une telle circulation du fluide de refroidissement permet avantageusement d'optimiser le refroidissement de la batterie d'alimentation 30 grâce au refroidissement préalable du fluide de refroidissement par le module Peltier 18. Enfin, le fluide de refroidissement est chauffé par la batterie d'alimentation 30 avant d'être chauffé par le module Peltier 18, ce qui permet d'améliorer le chauffage du fluide de refroidissement et de limiter la consommation électrique du module Peltier 18.