La présente invention concerne une batterie thermique et un dispositif de chauffage utilisant une telle batterie thermique. Elle trouvera ses applications, notamment dans le domaine des véhicules automobiles et plus particulièrement dans le secteur des véhicules électriques ou hybrides.

Actuellement, pour les véhicules à moteur thermique, tel que moteur essence ou diesel, il est connu de refroidir ce dernier à l'aide d'un circuit utilisant un fluide caloporteur qui, après avoir été échauffé en traversant le moteur, peut être envoyé non seulement vers un radiateur de refroidissement pour le refroidissement dudit fluide, mais aussi vers un radiateur de chauffage servant à réchauffer un flux d'air en direction de l'habitacle du véhicule. Dans les véhicules électriques ou hybrides, les systèmes d'entraînement notamment les moteurs électriques, les batteries et leurs systèmes et dispositifs de commande, dissipent trop peu de chaleur pour assurer de la sorte un chauffage satisfaisant de l'habitacle comme le ferait un moteur thermique. II est ainsi connu pour remédier à ce problème, d'utiliser des résistances électriques, alimentées par les batteries du véhicule, afin d'assurer un chauffage de l'habitacle. Cependant, le bon fonctionnement de cette solution dépend de l'état de charge des batteries électriques et peut également impacter l'autonomie du véhicule.

Une solution connue pour diminuer l'impact de l'utilisation de résistances électriques pour assurer un chauffage de l'habitacle est d'utiliser des batteries à chaleur latente, c'est-à-dire des batteries thermiques permettant de stocker et de restituer de la chaleur par l'intermédiaire d'un matériau à changement de phase. Il est ainsi connu de conditionner le matériau à changement de phase au sein de microcapsules comme dans la demande US4911232 ou bien entre des plaques d'un faisceau d'échange de chaleur comme dans la demande FR2965342 et d'intégrer la batterie thermique dans un dispositif de chauffage.

Néanmoins, bien que réduite, la quantité d'énergie électrique requise pour chauffer l'habitacle et recharger la batterie thermique reste importante et il est donc nécessaire de diminuer cette consommation d'énergie afin de préserver l'autonomie des batteries électriques et donc du véhicule.

Un des buts de l'invention est donc de résoudre au moins partiellement les inconvénients de l'état de la technique et de proposer une batterie thermique ainsi qu'un dispositif de chauffage efficace et dont la consommation énergétique est améliorée.

La présente invention concerne donc une batterie thermique, notamment pour véhicule automobile, comprenant un boitier étanche configuré pour être traversé par un fluide caloporteur passant d'une entrée de fluide vers une sortie de fluide, ledit boitier comprenant une enveloppe extérieure définissant un espace intérieur contenant des capsules de matériau à changement de phase, caractérisé en ce que ledit boitier comprend en outre des moyens générateurs de chaleur.

Le fait d'intégrer les moyens générateurs de chaleurs au boitier, permet de communiquer directement l'énergie calorifique générée par ces derniers aux capsules de MCP ainsi qu'au fluide caloporteur circulant entre les capsules de MCP. De part cette communication directe de l'énergie calorifique générée, le stockage de l'énergie calorifique au sein de la batterie thermique est amélioré et moins coûteux en énergie électrique. Selon un aspect de l'invention, les moyens générateurs de chaleur sont des plaques sérigraphiées chauffantes destinées à être reliées à une source de courant électrique.

Selon un autre aspect de l'invention, lesdits moyens générateurs de chaleurs sont intégrés à l'enveloppe extérieure.

Selon un autre aspect de l'invention, le boîtier comporte au moins une paroi interne délimitant des compartiments internes , à l'intérieur de l'espace intérieur.

Selon un autre aspect de l'invention, les moyens générateurs de chaleur sont fixés à la au moins une paroi interne.

Selon un autre aspect de l'invention, les capsules de matériaux à changement de phase sont confinées dans l'espace intérieur.

Selon un autre aspect de l'invention, le fluide caloporteur est une suspension de capsules de matériaux à changement de phase.

L'invention concerne également un dispositif de chauffage, notamment pour véhicule automobile, comprenant un échangeur de chaleur comprenant une entrée et une sortie de fluide caloporteur et une pompe comprenant également une entrée et une sortie de fluide caloporteur, ledit dispositif de chauffage comprenant en outre une batterie thermique selon l'une quelconque des aspects décrits précédemment.

Selon un aspect du dispositif de chauffage selon l'invention :

- la sortie de fluide caloporteur de la batterie thermique est reliée à l'entrée de fluide caloporteur de l'échangeur de chaleur,

- la sortie de fluide caloporteur de l'échangeur de chaleur est reliée à l'entrée de fluide caloporteur de la pompe, et

- la sortie de fluide caloporteur de la pompe est reliée à l'entrée de fluide caloporteur de la batterie thermique.

Selon un autre aspect du dispositif de chauffage selon l'invention, la batterie thermique et la pompe sont regroupées dans un module de chauffage.

Selon un autre aspect du dispositif de chauffage selon l'invention, ledit dispositif est :

- dans un état dit de stockage où de l'énergie calorifique est accumulée au niveau de la batterie thermique, ou

- dans un état dit de chauffage où de l'énergie calorifique est relâchée au niveau de l'échangeur de chaleur, ou

- dans un état d'arrêt total. Selon un autre aspect du dispositif de chauffage selon l'invention, ledit dispositif comporte en outre une vanne trois voies placée entre la sortie de fluide caloporteur de la batterie thermique et l'entrée de fluide caloporteur de l'échangeur de chaleur, ladite vanne trois voies comportant :

- une entrée de fluide caloporteur reliée à la sortie de fluide caloporteur de la batterie thermique,

- une première sortie de fluide caloporteur reliée à l'entrée de fluide caloporteur de l'échangeur de chaleur, et

- une seconde sortie de fluide caloporteur reliée à l'entrée de fluide caloporteur de la pompe.

Selon un autre aspect du dispositif de chauffage selon l'invention, la vanne trois voies permet, de façon sélective :

- une circulation du fluide caloporteur, dite de stockage, où la première sortie de fluide caloporteur de la vanne trois voies est fermée et où la seconde sortie de fluide caloporteur de la vanne trois voies est ouverte, le fluide caloporteur évitant ainsi de passer au travers de l'échangeur de chaleur et passant directement de la sortie de fluide caloporteur de la batterie thermique à l'entrée de fluide caloporteur de la pompe, et

- une circulation du fluide caloporteur, dite de chauffage, où la première sortie de fluide caloporteur de la vanne trois voies est ouverte et où la seconde sortie de fluide caloporteur de la vanne trois voies est fermée, le fluide caloporteur passant ainsi au travers de l'échangeur de chaleur.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure i montre une représentation schématique en perspective partiellement en coupe d'une batterie thermique,

- la figure 2 montre une représentation schématique en perspective partiellement en coupe de l'enveloppe d'une batterie thermique, - la figure 3 montre une représentation schématique en perspective partiellement en coupe de l'enveloppe d'une batterie thermique selon un mode de réalisation particulier, et

- les figures 4 à 6 montrent des représentations schématiques de dispositifs de chauffage.

Les éléments identiques sur les différentes figures portent des références identiques.

La figure 1 montre une représentation schématique en perspective et partiellement en coupe d'une batterie thermique. Cette dernière comporte un boîtier 1 étanche et destiné à être traversé par un fluide caloporteur passant d'une entrée 11 de fluide caloporteur vers une sortie 12 de fluide caloporteur (non représentées sur cette figure 1).

Le boîtier 1 comprend une enveloppe extérieure 3 définissant un espace intérieur 5 dans lequel sont placées des capsules de matériau à changement de phase (MCP) 7. L'enveloppe extérieure 3 est réalisée dans un matériau dont les caractéristiques d'étanchéité, d'isolation thermique ainsi que de tenue mécanique sont élevées, par exemple, ledit matériau peut être en matière plastique thermostable comme le polyétheréthercétone (PEEK).

Selon une variante, l'enveloppe extérieure 220 peut être une succession d'enveloppes et de couches intermédiaires comme montré par la figure 3, par exemple, une enveloppe extérieure recouvrant une couche d'un matériau thermiquement isolant, lui-même entourant un corps de confinement dans lequel sont placées les capsules de MCP 7 et dans lequel circule le fluide caloporteur.

Les capsules de MCP 7 comportent un MCP 71, par exemple un MCP 71 organique avec une transition de phase située entre 55 et 75°C, plus particulièrement 70°C, recouvert d'une couche protectrice 72 de matière polymère. Ce genre de capsule de MCP 7 est bien connu de l'homme du métier. Le MCP 71 utilisé peut notamment être un MCP 71 extrudé ou polymérisé, de forme aléatoire comme par exemple de forme sphérique, demi-sphérique ou de forme amorphe, recouvert d'une couche protectrice 72 de matière polymère. Les capsules de MCP 7 ont de préférence un diamètre compris entre 0.02mm et 5mm.

Selon un premier mode de réalisation, les capsules de MCP 7 sont confinées à l'intérieur de l'espace intérieur 5 du boîtier 1 et le fluide caloporteur, par exemple un mélange eau-glycol, circule dans le boîtier 1 au contact desdites capsules de MCP 7. Dans ce mode de réalisation, les capsules de MCP 7 ont de préférence un diamètre compris entre 0.1mm et 5mm.

Selon un second mode de réalisation, les capsules de MCP 7 sont parties intégrante du fluide caloporteur qui est une suspension de capsules de MCP 7. Dans ce mode de réalisation, le boîtier 1 joue ainsi un rôle de batterie thermique ainsi que le rôle de réservoir de fluide caloporteur. Le boitier i comprend en outre des moyens générateurs de chaleur 9 comme le montre la figure 2. Ces moyens générateurs de chaleur 9 sont préférentiellement intégrés à l'enveloppe extérieure 3, notamment dans l'espace intérieur 5, et ils peuvent être, par exemple, des plaques sérigraphiées chauffantes destinées à être reliées à une source de courant électrique.

Selon un mode de réalisation particulier montré par la figure 3, le boitier 1 comporte au moins une paroi interne 32 délimitant des compartiments 52 communicants les un avec les autres, à l'intérieur de l'espace intérieur 5. Dans ce mode de réalisation, les moyens générateurs de chaleurs peuvent être intégrés à ladite au moins une paroi interne 32. Pour plus de facilité lors de la fabrication de la batterie thermique 1, ladite au moins une paroi interne 32 peut venir de matière avec l'enveloppe extérieure 3.

La au moins une paroi interne 32 est préférentiellement placée transversalement au sens de circulation du fluide caloporteur à l'intérieur du boitier 1, afin de perturber ladite circulation et ainsi permettre une circulation homogène du fluide caloporteur au sein des capsules de MCP 7.

Le fait d'intégrer les moyens générateurs de chaleurs 9 au boitier 1, notamment à l'enveloppe extérieure 3, et/ou à la au moins une paroi interne 32, permet de communiquer directement l'énergie calorifique générée par ces derniers aux capsules de MCP 7 ainsi qu'au fluide caloporteur circulant entre les capsules de MCP 7. De part cette communication directe de l'énergie calorifique générée, le stockage de l'énergie calorifique au sein de la batterie thermique est amélioré et moins coûteux en énergie électrique. La présente invention concerne également un dispositif de chauffage 100, notamment pour véhicule automobile et plus particulièrement pour véhicules électriques ou hybrides, comme montré par la figure 4.

Le dispositif de chauffage 100 comporte une batterie thermique 1 comme décrite ci-dessus, comportant une entrée 11 et une sortie 12 de fluide caloporteur, une pompe 120 comportant une entrée 121 et une sortie 122 de fluide caloporteur et un échangeur de chaleur 110 lui aussi comportant une entrée 111 et une sortie 112 de fluide caloporteur.

Ces différents éléments forment un circuit et sont reliés les un aux autres par des conduits, de sorte à permettre une circulation du fluide caloporteur entre eux. Ainsi, comme montré par la figure 4, la sortie 12 de fluide caloporteur de la batterie thermique 1 est reliée à l'entrée 111 de fluide caloporteur de l'échangeur de chaleur 110, la sortie 112 de fluide caloporteur de ce dernier est reliée à l'entre 121 de fluide caloporteur de la pompe 120 et la sortie 122 de fluide caloporteur de cette dernière est reliée à l'entrée 11 de fluide caloporteur de la batterie thermique 1.

L'échangeur de chaleur 110 peut par exemple être un radiateur, placé au niveau de l'habitacle dans le but de réchauffer un flux d'air arrivant dans ce dernier. La pompe 120 permet l'entrainement du fluide caloporteur dans le dispositif de chauffage 100 et elle peut être regroupée avec la batterie thermique 1 dans un module de chauffage 150 entouré d'un carter de protection. Ce regroupement au sein d'un module de chauffage permet une installation et un entretien plus aisé du dispositif de chauffage 100 au sein du véhicule automobile ainsi qu'une meilleure protection de ces éléments.

L'utilisation d'une batterie thermique 1 comprenant des moyens générateurs de chaleur 9 intégrés, permet d'avoir un dispositif de chauffage 100 simple et peu encombrant, avec un nombre limité d'élément et donc peu coûteux aussi bien énergétiquement que financièrement.

Le dispositif de chauffage 100 peut être dans un état dit de stockage où de l'énergie calorifique est accumulée au niveau de la batterie thermique 1, dans un état dit de chauffage, c'est-à-dire où de l'énergie calorifique est relâchée au niveau de l'échangeur de chaleur 110 afin de chauffer l'habitacle, et enfin dans un état d'arrêt total.

En état de stockage, le stockage d'énergie calorifique au niveau de la batterie thermique 1 et plus particulièrement au niveau des capsules de MCP 7, peut être réalisée sans qu'il y ait nécessité de faire circuler le fluide caloporteur à l'intérieur dudit dispositif de chauffage 100. Ainsi, en état de stockage, seuls les moyens générateurs de chaleurs 9 sont alimentés électriquement et transmettent de l'énergie calorifique aux capsules de MCP, ce qui permet une consommation réduite d'électricité.

En état de chauffage, la pompe 120 est en marche et le fluide caloporteur circule dans le dispositif de chauffage 100 selon une circulation dite de chauffage, l'énergie calorifique stockée dans la batterie thermique 1 étant relâchée au niveau de l'échangeur de chaleur 110 avec, si besoin, un apport supplémentaire d'énergie calorifique, des moyens générateurs de chaleur 9.

Selon un mode de réalisation particulier, montré par les figures 5 et 6, le dispositif de chauffage 100 peut comporter en outre une vanne trois voies 130 comportant une entrée 131 de fluide caloporteur reliée à la sortie 12 de fluide caloporteur de la batterie thermique 1, une première sortie 132a de fluide caloporteur reliée à l'entrée 111 de fluide caloporteur de l'échangeur de chaleur 110, et une seconde sortie 132b de fluide caloporteur reliée à l'entrée 121 de fluide caloporteur de la pompe 120.

Selon ce mode de réalisation, en état de stockage, le fluide peut être en mouvement dans le dispositif de chauffage 100 sans passer par l'échangeur de chaleur 110, comme montré par la figure 5. Lors de cette circulation du fluide caloporteur, dite de stockage, la première sortie 132a de fluide caloporteur de la vanne trois voies 130 est fermée et la seconde sortie 132b de fluide caloporteur de la vanne trois voies 130 est ouverte. Le fluide caloporteur évite ainsi de passer au travers de l'échangeur de chaleur 110 et passe directement de la sortie 12 de fluide caloporteur de la batterie thermique 1 à l'entrée 121 de fluide caloporteur de la pompe 120. Lors de cette circulation de stockage, les générateurs de chaleurs 9 fournissent aussi bien de l'énergie calorifique aux capsules de MCP 7 présentes dans la batterie thermique 1 qu'au fluide caloporteur lui même, ce qui est particulièrement avantageux dans le cas où ledit fluide caloporteur est une suspension de capsules de MCP 7. La figure 6 montre un dispositif de chauffage 100 en état de chauffage avec une circulation de fluide caloporteur dite de chauffage selon le mode de réalisation décrit précédemment. Lors de cette circulation de chauffage du fluide caloporteur, la première sortie 132a de fluide caloporteur de la vanne trois voies 130 est ouverte et la seconde sortie 132b de fluide caloporteur de la vanne trois voies 130 est fermée, ainsi le fluide caloporteur peut passer au travers de l'échangeur de chaleur 110 et ainsi permettre le chauffage d'un habitacle par exemple.

On voit donc bien que la batterie thermique selon l'invention, ainsi que le dispositif de chauffage intégrant une telle batterie thermique sont particulièrement avantageux du fait de l'intégration directe des moyens générateurs de chaleur directement au sein de ladite batterie thermique, permettant de fait une consommation réduite d'énergie électrique pour une efficacité de chauffage convenable.