L'invention concerne un système de cogénération d'énergie pour véhicule automobile électrique.

On sait que certains véhicules automobiles électriques comportent un système de génération électrique embarqué, généralement appelé prolongateur d'autonomie, qui est activé en cas de besoin relativement à l'état de charge de la batterie d'entraînement du véhicule.

Le prolongateur d'autonomie peut être par exemple un moteur thermique associé à une génératrice électrique ou encore une pile à combustible alimentée par un mélange gazeux, dit réformat, riche en hydrogène, produit à bord du véhicule à partir d'un carburant liquide, tel que l'éthanol.

On connaît également les thermo générateurs à effet Seebeck qui permettent de récupérer une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement du prolongateur d'autonomie, par exemple l'énergie thermique des gaz d'échappement constitue environ un tiers de l'énergie contenue dans le carburant dans le cas d'un prolongateur d'autonomie à moteur thermique et génératrice de courant.

Ces thermo générateurs produisent de l'électricité à partir d'une source thermique chaude, qui est par exemple les gaz d'échappement du moteur thermique de prolongateur d'autonomie, et d'un puit thermique froid (de température inférieure à celle de la source chaude) et qui peut être un liquide de refroidissement d'un organe du véhicule.

Néanmoins, les thermo générateurs à effet Seebeck connus n'utilisent qu'une seule source froide, laquelle, en raison du transfert de chaleur de la source chaude à la source froide, peut être amenée à chauffer et par conséquent la production d'énergie électrique de ces thermo générateurs diminue.

Il existe un besoin pour améliorer la production d'énergie électrique de ces thermo générateurs à effet Seebeck sur les véhicules automobiles électriques. Par ailleurs, les dispositifs actuels ne permettent pas de valoriser la chaleur transférée à la source froide (puit thermique froid) du thermo générateur à effet Seebeck.

Il existe donc également un besoin pour valoriser la chaleur transférée à la source froide.

Il est proposé selon l'invention un système de cogénération d'énergie pour véhicule électrique, comprenant

- au moins deux circuits de refroidissement-chauffage d'organe du véhicule,

- un dispositif prolongateur d'autonomie du véhicule,

- un dispositif thermo générateur à effet Seebeck mettant en œuvre une source chaude et une source froide en vue de produire de l'énergie électrique, la source chaude étant constituée par un échangeur thermique recevant un fluide chaud, par exemple les gaz chauds de combustion produits par le dispositif prolongateur d'autonomie et la source froide étant constituée par un échangeur thermique recevant un fluide froid,

caractérisé en ce que le fluide issu de la source froide alimente au moins un desdits circuits de refroidissement-chauffage d'organe (en amont dudit organe), et en ce que le système comprend un dispositif de basculement apte à basculer l'alimentation en fluide issu de la source froide de l'au moins un circuit de refroidissement-chauffage sur au moins un autre, et un dispositif de commande du dispositif de basculement apte à être activé par le pilote du véhicule ou par un dispositif de pilotage automatique du véhicule.

On entend par circuit de refroidissement-chauffage d'un organe du véhicule, un circuit contenant un fluide refroidissant ou chauffant l'organe soit par contact direct entre ledit circuit et ledit organe, soit indirectement via un échangeur thermique entre ledit circuit et ledit organe. Il peut s'agir d'un circuit de refroidissement-chauffage de l'habitacle du véhicule, d'un circuit de refroidissement-chauffage de la batterie de traction du véhicule, d'un circuit de refroidissement- chauffage des composants électrotechniques ou d'un circuit de refroidissement-chauffage du moteur thermique du dispositif prolongateur d'autonomie. Au sens de l'invention, l'organe peut donc être un élément fonctionnel du véhicule (batterie, moteur, ...) ou une zone de ce dernier (habitacle).

Dans la présente description, les termes amont et aval sont à comprendre par rapport au sens de circulation du fluide dans les circuits.

Un tel système permet d'optimiser la récupération de l'énergie thermique d'un fluide chaud constitué par exemple des gaz chauds de combustion produits par le dispositif de prolongateur d'autonomie, cette récupération étant réalisée sous forme d'énergie électrique pour recharger la batterie de traction ou alimenter des organes accessoires électriques du véhicule, ou alimenter le moteur de traction du véhicule, ou étant réalisée sous forme d'énergie thermique par l'apport de chaleur de la source chaude à la source froide pour réchauffer le circuit de refroidissement-chauffage de l'organe du véhicule sélectionné, par exemple le circuit de refroidissement-chauffage de l'habitacle, le circuit de refroidissement- chauffage de la batterie de traction pour que cette dernière fonctionne dans sa zone de température optimale, le circuit de refroidissement du moteur thermique par exemple au début de son fonctionnement pour que ce dernier atteigne plus rapidement sa température de fonctionnement optimale ou un autre fluide du véhicule.

Chaque circuit de refroidissement-chauffage d'organe dudit véhicule est avantageusement relié, en aval de l'organe, à la source froide de manière à 'alimenter cette source froide en fluide circulant dans ledit circuit. Les circuits de refroidissement-chauffage sont alors fermés, et le système peut comporter une pluralité de circuits de chauffage-refroidissement d'organe montés en parallèle sur la source froide, chaque circuit étant pourvu d'une électrovanne à trois voies ouvrant ou fermant l'alimentation dudit circuit.

De manière générale, dans le cas de circuits de refroidissement- chauffage fermés, le système selon l'invention pourra comprendre un dispositif de basculement en amont et/ ou en aval desdits circuits.

En variante, le fluide peut être un fluide caloporteur gazeux.

En particulier, la source froide peut alors être directement alimentée par l'air extérieur. Les circuits de refroidissement-chauffage sont alors ouverts et le système peut comporter une pluralité de circuits de refroidissement-chauffage d'un fluide caloporteur gazeux, et au moins un élément clapet de distribution du fluide caloporteur sortant de la source froide sur au moins l'un des circuits, voire dans l'environnement extérieur.

Bien entendu, des circuits fermés peuvent également être envisagés pour un fluide caloporteur gazeux lorsque ce dernier ne peut être rejeté dans l'air.

Le dispositif de commande peut être apte à commander le dispositif de basculement afin de basculer l'alimentation en fluide sortant de la source froide d'au moins un circuit de refroidissement- chauffage vers au moins un autre en fonction d'une consigne choisie parmi une consigne de température maximale dudit circuit, une consigne de rendement optimal du système ou de l'écart optimal entre la source froide et la source chaude, une consigne de température dans l'habitacle.

Le dispositif de basculement peut comporter au moins un élément clapet ou électrovanne de distribution du fluide issu de la source froide pour alimenter l'au moins un circuit de refroidissement- chauffage, par exemple des électrovannes à trois voies (ouvrant ou fermant chaque circuit) montées sur les conduits d'alimentation des circuits montés en parallèle sur la source froide.

Le dispositif prolongateur d'autonomie peut être du type à moteur thermique et génératrice de courant électrique, ou à pile à combustible de production de courant électrique.

Les circuits de refroidissement-chauffage peuvent comporter un fluide caloporteur qui peut être à forme liquide, de l'eau par exemple, ou sous forme gazeuse, telle que l'air.

Dans le cas où le fluide caloporteur est un liquide, l'échangeur thermique du dispositif thermo générateur à effet Seebeck est du type gaz liquide, et dans le cas où le fluide caloporteur est un gaz, l'échangeur thermique est du type gaz gaz.

Le dispositif de commande peut être à pilotage automatique ou à pilotage manuel.

Le pilotage automatique peut être réalisé selon une consigne de rendement énergétique optimal du dispositif de thermo générateur à effet Seebeck, préservant un écart optimal de température entre la source chaude et la source froide, ou selon une consigne de confort dans le véhicule, préservant la température dans l'habitacle du véhicule, ou selon une consigne de fonctionnement optimal des organes d'entraînement du véhicule, préservant par exemple la température de la batterie de traction, ou du moteur thermique (en début de fonctionnement) du dispositif de prolongateur d'autonomie etc....

Il est en outre proposé un procédé de mise en œuvre d'un système tel que décrit précédemment, dans lequel la source froide est alimentée par un fluide, et dans lequel ce fluide réchauffé par son passage dans la source froide, est renvoyé dans au moins un circuit de refroidissement-chauffage d'organe du véhicule, en amont de l'organe.

Le fluide alimentant la source froide peut être un fluide caloporteur gazeux, tel que l'air extérieur du véhicule, ou un fluide caloporteur liquide, tel que l'eau, circulant dans l'un des circuits de refroidissement-réchauffage d'un organe du véhicule, prélevé en aval de cet organe.

Le fluide sortant de la source froide est dirigé par le dispositif de basculement vers au moins un circuit de refroidissement-chauffage en fonction d'une consigne choisie parmi une consigne de température maximale dudit circuit, une consigne de rendement optimal du système ou de l'écart optimal entre la source froide et la source chaude, une consigne de température dans l'habitacle.

Il est encore proposé un véhicule électrique comportant un système de cogénération d'énergie tel que décrit ci-dessus.

Le système selon l'invention peut permettre d'assurer seul la gestion thermique de plusieurs organes du véhicule.

On peut toutefois envisager que le système selon l'invention soit couplé à des circuits de refroidissement-chauffage classiques des organes d'un véhicule électrique. On peut notamment envisager que chaque organe (ou certains des organes) soit en outre refroidi-chauffé par un autre circuit de refroidissement-chauffage, par exemple monté en parallèle sur le circuit correspondant du système selon l'invention. Des modes de réalisation de l'invention sont à présent décrits à titre d'exemple non limitatif et en référence au dessin annexé sur lequel : - La fig. 1 est une vue schématique d'un système de cogénération d'énergie pour véhicule électrique selon un mode de réalisation de l'invention, et

- La fig. 2 est une vue analogue à la fig. 1 d'une variante de réalisation.

Avec référence au dessin, le système de cogénération d'énergie 1 pour véhicule électrique représenté comprend un dispositif prolongateur d'autonomie 3 du véhicule dont on voit seul un conduit 5 de sortie des gaz de combustion, par exemple du moteur thermique d'entraînement de génératrice électrique.

Ce dispositif prolongateur d'autonomie 3 est relié à un dispositif thermo générateur 7 à effet Seebeck comportant un premier échangeur thermique 9 recevant les gaz de combustion du conduit 5 de sortie des gaz précité en tant que source chaude du dispositif thermo-générateur.

Un second échangeur thermique 1 1 en tant que source froide du dispositif thermo générateur à effet Seebeck reçoit un fluide caloporteur, par exemple de l'eau 13 ou de l'air circulant selon flèches vers divers circuits de refroidissement-chauffage du véhicule, par exemple le circuit 15 de refroidissement-chauffage de la batterie de traction (T maximale à environ 50°C), le circuit 17 de refroidissement- chauffage de l'habitacle du véhicule, le circuit 19 de refroidissement du moteur thermique du dispositif prolongateur d'autonomie (T maximale à environ 100- 1 10°C) ou encore (non représenté) un circuit de refroidissement des composants électrotechniques du véhicule (moteur électrique de traction, génératrice du prolongateur d'autonomie, composants d'électronique de puissance (T maximale à environ 60 à 70°C). Quand on indique que le fluide circule dans un circuit de refroidissement-chauffage d'un organe du véhicule, il peut s'agir d'une branche du circuit de l'organe et par exemple au moins une partie de circuit d'échangeur thermique d'un circuit de refroidissement- chauffage d'un organe du véhicule.

Le dispositif thermo générateur à effet Seebeck 7 est relié en outre par des câbles électriques 21 à un ensemble 23 de batterie de traction et divers accessoires électriques du véhicule qu'il peut alimenter en énergie électrique sélectivement suivant une puissance électrique comprise de 10 à 40 kW dans le cas d'un véhicule électrique, sous la consigne d'un dispositif de commande 25 du système manœuvré par le pilote (conducteur) du véhicule ou par un dispositif de pilotage automatique (calculateur).

Les circuits de refroidissement-chauffage 15, 17, 19 sont reliés en parallèle au circuit 26, 27 de la source froide, étant alimentés sélectivement chacun par une électrovanne 29 à trois voies montée à l'entrée de chaque circuit. Chacune des électrovannes 29 ouvre sur un circuit et ferme sur l'autre ou inversement, sous la commande du dispositif de commande. Eventuellement, l'électro vanne en amont du circuit peut fonctionner en synchronisme avec un élément clapet en aval du circuit (non représenté). Cet élément clapet peut empêcher toute introduction de fluide en aval du circuit lorsque l'électro vanne du circuit est fermée.

Sur la fig. 1 , le circuit 15 seul est ouvert.

Ces circuits comportent chacun un capteur de la température 30 du fluide dans le circuit, relié au dispositif de commande 25 du système. Le dispositif 25 pilote l'ouverture ou la fermeture de chacune des électrovannes 29 à 3 voies des circuits et de même gère l'alimentation électrique de complément par le dispositif thermo- générateur de la batterie de traction ou des accessoires électriques 23 du véhicule selon une loi de pilotage du système, laquelle peut être sélectionnée manuellement par le pilote du véhicule ou de manière automatique par le dispositif de pilotage du véhicule.

Le fonctionnement du système est à présent décrit.

Ainsi selon un pilotage du dispositif privilégiant le rendement énergétique, en ambiance froide, on peut accélérer la montée en température de la batterie de traction en ouvrant la vanne 29 de circuit correspondant 15, ce qui autorisera la circulation du fluide de la source froide dans ce circuit 15 et amènera ce fluide à être réchauffé par la source froide. Ce réchauffage augmentera la puissance et l'énergie disponible de la batterie et donc accroîtra les performances de vitesse et d'accélération du véhicule en ambiance froide.

Parallèlement, l'énergie électrique fournie par le dispositif thermo générateur 7 peut alimenter le moteur de traction et d'autres accessoires électriques du véhicule, avec donc une réduction de la consommation électrique du véhicule par la batterie de traction seule. On peut encore commander le dispositif de commande 25 dans une consigne de confort de l'habitacle, en privilégiant l'alimentation du circuit de chauffage 17 de l'habitacle, notamment en ambiance froide, ce qui diminue la consommation des résistances électriques de chauffage de l'habitacle sur la batterie de traction.

De plus, la possibilité de basculer d'une source froide à une autre ou plusieurs autres permet d'augmenter l'écart de température entre la source chaude 9 et la source froide 1 1 (donc avec un meilleur rendement du thermo-générateur Seebeck) et laisse une large liberté pour les stratégies de pilotage. Ainsi, si la priorité est donnée au confort thermique de l'habitacle et à la montée en température du moteur thermique de générateur, alors c'est le liquide de refroidissement du moteur thermique qui sera connecté d'abord en priorité comme source froide, puis le circuit d'habitacle. Si la priorité est donnée à la montée en température de la batterie de traction afin d'augmenter les performances du véhicule en ambiance froide alors c'est le liquide de refroidissement de la batterie qui sera connecté en priorité comme source froide puis, lorsque la priorité a disparu, plusieurs circuits de refroidissement chauffage peuvent être alimentés simultanément par les électrovannes 29 en fonction des consigne de la commande de pilotage.

Il est à noter que certains des organes peuvent en outre être refroidis ou réchauffés par un autre circuit de refroidissement chauffage, par exemple monté en parallèle sur le circuit correspondant du système. Ainsi, on peut relier un circuit de chauffage 37 (par un radiateur électrique) sur le circuit 19 de moteur thermique et un circuit de chauffage analogue 39 sur le circuit 15 de batterie, voire sur le circuit de refroidissement chauffage des composants électrotechniques du véhicule (moteur électrique de traction, génératrice du prolongateur d'autonomie, composants d'électronique de puissance). Des thermostats 41 et 43 respectivement disposés sur ces circuits 37, 39 ouvrent ou ferment ces circuits en fonction des consignes de pilotage du système.

Naturellement, selon le système 1 ' de la fig. 2 dans le cas de la variante de réalisation avec un système à dispositif thermo-générateur 7' à effet Seebeck avec un échangeur gaz-air, la source chaude 9' est constituée des gaz d'échappement du prolongateur d'autonomie et la source froide 1 1 ' est de l'air.

L'air est puisé à l'extérieur en 31 et peut être acheminé par un ventilateur 34 et par le clapet 29', sous la commande du dispositif de commande 25' et en asservissement à une consigne de température de capteur 30' au circuit de chauffage de l'habitacle 33 après être réchauffé dans l'échangeur 1 1 '.

L'air puisé à l'extérieur 31 peut encore être acheminé par le ventilateur 34 et le clapet 29' au chauffage de la batterie 35 après être réchauffé dans l'échangeur 1 1 ' (si la batterie est refroidie par air).

L'air puisé à l'extérieur 31 peut également être évacué en 31 ' à l'extérieur par le clapet 34 après avoir traversé l'échangeur 1 1 '. Dans ce cas, il n'y a pas de récupération thermique.

Les avantages du système restent les mêmes que dans le mode de réalisation de la fig. 1 en ce qui concerne la génération de courant électrique et la récupération de chaleur, notamment pour le chauffage de la batterie en ambiance froide et le chauffage de l'habitacle en ambiance froide.