FR2960482A3

FR2960482A3 - Cooling device for electric motor vehicle, has heat exchanger assuring heat exchange between cooling liquid and air advancing from exterior, and heating unit assuring heat exchange between cooling liquid and air supplied to cab interior

Info

Publication number: FR2960482A3
Application number: FR1054192A
Authority: FR
Inventors: Samuel Cregut; Lay Vincent Le; Vincent Braunschweig
Original assignee: Renault SA
Current assignee: Renault SA
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-12-02

Abstract

L'invention a pour objet un dispositif de refroidissement pour véhicule automobile électrique, comprenant un circuit de refroidissement apte à refroidir à l'aide d'un liquide de refroidissement un ensemble moteur (2) comprenant un moteur électrique et un système électronique de pilotage, caractérisé en ce que le dispositif comprend un circuit d'acheminement d'air apte à acheminer de l'air depuis l'extérieur du véhicule jusqu'à l'habitacle du véhicule, ledit circuit d'acheminement d'air comprenant : - un échangeur thermique (4) apte à assurer un échange thermique entre le liquide de refroidissement et de l'air provenant de l'extérieur du véhicule, et - un moyen de chauffage (5) apte à assurer un échange thermique entre le liquide de refroidissement et l'air acheminé vers l'habitacle.The invention relates to a cooling device for an electric motor vehicle, comprising a cooling circuit capable of cooling with a cooling liquid a motor assembly (2) comprising an electric motor and an electronic control system, characterized in that the device comprises an air conveying circuit capable of conveying air from outside the vehicle to the passenger compartment of the vehicle, said air conveying circuit comprising: - an exchanger thermal circuit (4) adapted to ensure a heat exchange between the coolant and air from outside the vehicle, and - a heating means (5) capable of ensuring a heat exchange between the coolant and the coolant. air to the passenger compartment.

Description

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT POUR VEHICULE AUTOMOBILE ELECTRIQUE L'invention a pour objet un dispositif de refroidissement pour véhicule automobile, comprenant un circuit de refroidissement apte à refroidir un ensemble moteur à l'aide d'un liquide de refroidissement. L'invention s'applique aux véhicules automobiles électriques et hybrides. Dans un véhicule traditionnel à moteur à combustion interne, le moteur est refroidi par un circuit d'eau. Les calories dégagées par le moteur sont nombreuses. En été, les calories sont évacuées par un radiateur, situé en face avant du véhicule. En hiver, le circuit d'eau traverse également un aérotherme, qui est situé sous la planche de bord et qui permet le chauffage de l'habitacle. L'échauffement du moteur est très important et suffisamment rapide pour que cette solution de chauffage de l'habitacle soit suffisante. Dans le cas d'un véhicule électrique, le chauffage est un problème très important car les rendements d'un moteur électrique sont très supérieurs à ceux d'un moteur thermique. Aussi, un grand nombre de véhicules électriques sont équipés de résistances électriques chauffantes destinées au chauffage des passagers. Ces résistances électriques présentent toutefois une consommation énergétique importante. Pour assurer le chauffage de l'habitacle, il est également connu d'équiper les véhicules électriques d'une chaudière. Une telle solution constitue une source de pollution. The invention relates to a cooling device for a motor vehicle, comprising a cooling circuit capable of cooling an engine assembly with the aid of a cooling liquid. The invention applies to electric and hybrid motor vehicles. In a traditional internal combustion engine vehicle, the engine is cooled by a water circuit. The calories released by the engine are numerous. In summer, the calories are evacuated by a radiator, located in front of the vehicle. In winter, the water circuit also passes through a heater, which is located under the dashboard and which allows the heating of the cabin. The heating of the engine is very important and fast enough for this solution heating the cabin is sufficient. In the case of an electric vehicle, heating is a very important problem because the yields of an electric motor are much higher than those of a heat engine. Also, a large number of electric vehicles are equipped with electric heating elements for heating passengers. These electrical resistors, however, have a significant energy consumption. To ensure the heating of the passenger compartment, it is also known to equip electric vehicles with a boiler. Such a solution is a source of pollution.

L'invention vise à remédier à ces inconvénients. L'invention propose un dispositif de refroidissement pour véhicule automobile électrique permettant d'assurer le chauffage de l'habitacle de manière non polluante et peu consommatrice d'énergie. L'invention a ainsi pour objet un dispositif de refroidissement pour véhicule automobile électrique, comprenant un circuit de refroidissement apte à refroidir à l'aide d'un liquide de refroidissement un ensemble moteur comprenant un moteur électrique et un système électronique de pilotage. The invention aims to remedy these drawbacks. The invention proposes a cooling device for an electric motor vehicle for heating the passenger compartment in a non-polluting and low energy consuming manner. The invention thus relates to a cooling device for an electric motor vehicle, comprising a cooling circuit capable of cooling with a cooling liquid a motor assembly comprising an electric motor and an electronic control system.

Le dispositif selon l'invention comprend un circuit d'acheminement d'air apte à acheminer de l'air depuis l'extérieur du véhicule jusqu'à l'habitacle du véhicule, ledit circuit d'acheminement d'air comprenant : - un échangeur thermique apte à assurer un échange thermique entre le liquide de refroidissement et de l'air provenant de l'extérieur du véhicule, et - un moyen de chauffage apte à assurer un échange thermique entre le liquide de refroidissement et l'air acheminé vers l'habitacle. Grâce à la présence de l'échangeur thermique dans le circuit d'acheminement d'air, on peut récupérer la chaleur générée par l'ensemble moteur. Ceci permet de diminuer la consommation énergétique globale du véhicule, puisque la chaleur à apporter par le moyen de chauffage est réduite. On peut ainsi également réduire le dimensionnement du moyen de chauffage et donc son coût. Le moyen de chauffage peut comprendre au moins une résistance 15 chauffante. La résistance chauffante peut être une résistance à coefficient de température positif. Le circuit de refroidissement peut être également apte à refroidir un ensemble batterie. 20 Le dispositif peut comprendre un radiateur apte à refroidir le liquide de refroidissement et une pompe apte à faire circuler le liquide de refroidissement dans le circuit de refroidissement. Le dispositif peut comprendre une première vanne apte à autoriser ou à ne pas autoriser un passage dans l'échangeur thermique du liquide de 25 refroidissement sortant de l'ensemble moteur et une deuxième vanne apte à autoriser ou à ne pas autoriser un passage dans le radiateur du liquide de refroidissement sortant de l'échangeur. L'invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant un dispositif de refroidissement décrit ci-dessus. 30 Le véhicule automobile peut comprendre un dispositif de climatisation muni d'un circuit d'air connecté au circuit de refroidissement du dispositif de refroidissement. The device according to the invention comprises an air routing circuit capable of conveying air from outside the vehicle to the passenger compartment of the vehicle, said air conveying circuit comprising: an exchanger thermal circuit capable of ensuring a heat exchange between the coolant and air coming from outside the vehicle, and a heating means capable of ensuring a heat exchange between the coolant and the air conveyed to the cockpit. Thanks to the presence of the heat exchanger in the air routing circuit, it is possible to recover the heat generated by the motor assembly. This reduces the overall energy consumption of the vehicle, since the heat to be supplied by the heating means is reduced. It is thus also possible to reduce the dimensioning of the heating means and therefore its cost. The heating means may comprise at least one heating resistor. The heating resistor may be a positive temperature coefficient resistor. The cooling circuit may also be able to cool a battery pack. The device may comprise a radiator adapted to cool the coolant and a pump adapted to circulate the cooling liquid in the cooling circuit. The device may comprise a first valve adapted to allow or not to allow a passage in the heat exchanger of the cooling liquid leaving the engine assembly and a second valve adapted to allow or not to allow passage through the radiator coolant leaving the exchanger. The invention also relates to a motor vehicle comprising a cooling device described above. The motor vehicle may comprise an air conditioning device provided with an air circuit connected to the cooling circuit of the cooling device.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 et 2 illustrent schématiquement le fonctionnement d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, - la figure 3 illustre un dispositif selon l'invention muni d'un système de couplage, et - la figure 4 illustre un climatiseur connecté à un dispositif selon 10 l'invention. La figure 1 est un schéma de principe simplifié d'un circuit de refroidissement de véhicule électrique. Le circuit de refroidissement comprend une pompe électrique 1, un ensemble moteur 2 et un radiateur 3. La pompe électrique 1, de préférence à débit variable, permet de faire 15 circuler un liquide de refroidissement avec un débit plus ou moins important en fonction du refroidissement souhaité. L'ensemble moteur 2 comprend une machine électrique de traction et un boîtier électronique permettant le pilotage du moteur de traction à partir de l'énergie stockée dans une batterie haute tension. L'ensemble moteur 2 20 s'échauffe du fait des pertes électriques et doit être refroidi. Le radiateur 3 est situé en face avant du véhicule, comme dans le cas d'un véhicule à combustion interne. Le radiateur 3 permet de refroidir le liquide de refroidissement en évacuant les calories dans l'air extérieur. Le radiateur 3 est aussi équipé d'un groupe moto-ventilateur permettant de 25 faciliter le refroidissement, notamment lorsque le véhicule roule à basse vitesse, et pour lequel les vitesses d'air circulant dans le radiateur 3 sont insuffisantes. Le circuit de refroidissement selon l'invention est complété par un ensemble tel que celui illustré à la figure 2. Cet ensemble comprend un 30 système de chauffage à deux étages. Le premier étage est constitué d'un échangeur thermique 4, par exemple un aérotherme, traversé par le liquide de refroidissement du circuit de refroidissement. L'air extérieur, actionné par un ventilateur 6, traverse cet échangeur 4 pour évacuer les calories du liquide de refroidissement. Cet air, déjà un peu réchauffé, traverse ensuite le deuxième étage du système de chauffage. Le deuxième étage est constitué de résistances chauffantes 5 de type à coefficient de température positif. L'air pénètre ensuite dans l'habitacle 7 afin de le réchauffer. Le courant électrique à injecter dans les résistances chauffantes 5 est directement piloté par un calculateur de chauffage 8 destiné à réguler la température de l'air de l'habitacle 7. Le calculateur de chauffage 8 va également piloter le ventilateur 6 pour réguler le débit d'air à injecter dans l'habitacle 7. La figure 3, sur laquelle les éléments identiques à ceux des figures 1 et 2 portent les mêmes références, illustre le circuit de refroidissement dans lequel est intégré cet ensemble. Le circuit comprend un clapet anti-retour 9, une première vanne 10, qui est une électrovanne à trois voies, destinée à faire passer ou non le liquide de refroidissement dans l'échangeur thermique 4, ainsi qu'une deuxième vanne 11, qui est également une électrovanne à trois voies, destinée à faire passer ou non le liquide de refroidissement dans le radiateur 3. Une utilisation possible du dispositif selon l'invention est le chauffage de l'habitacle en hiver. Le dispositif peut également être utilisé avec des températures extérieures plus élevées afin d'offrir une possibilité de mixage à l'utilisateur. La figure 4 illustre le principe de fonctionnement d'un climatiseur mettant en oeuvre un dispositif de refroidissement selon l'invention. Les flèches indiquent le sens de circulation de l'air. Other features and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the following description given by way of illustrative and nonlimiting example and with reference to the accompanying drawings in which: - Figures 1 and 2 schematically illustrate the operation of a cooling device according to the invention, - Figure 3 illustrates a device according to the invention provided with a coupling system, and - Figure 4 illustrates an air conditioner connected to a device according to the invention. Fig. 1 is a simplified block diagram of an electric vehicle cooling circuit. The cooling circuit comprises an electric pump 1, a motor assembly 2 and a radiator 3. The electric pump 1, preferably with a variable flow rate, makes it possible to circulate a cooling liquid with a greater or lesser flow rate depending on the cooling. wish. The engine assembly 2 comprises an electric traction machine and an electronic unit for controlling the traction motor from the energy stored in a high voltage battery. The motor assembly 20 heats up due to electrical losses and must be cooled. The radiator 3 is located on the front of the vehicle, as in the case of an internal combustion vehicle. The radiator 3 is used to cool the coolant by removing the calories in the outside air. The radiator 3 is also equipped with a motor-fan unit to facilitate cooling, especially when the vehicle is traveling at low speed, and for which the air velocities flowing in the radiator 3 are insufficient. The cooling circuit according to the invention is completed by an assembly such as that illustrated in FIG. 2. This assembly comprises a two-stage heating system. The first stage consists of a heat exchanger 4, for example a heater, through which the coolant of the cooling circuit passes. The outside air, actuated by a fan 6, passes through this exchanger 4 to evacuate the calories of the coolant. This air, already slightly heated, then passes through the second stage of the heating system. The second stage consists of heating resistors 5 of the positive temperature coefficient type. The air then enters the cabin 7 to warm it. The electric current to be injected into the heating resistors 5 is directly controlled by a heating calculator 8 intended to regulate the air temperature of the passenger compartment 7. The heating calculator 8 will also control the fan 6 to regulate the flow rate. In FIG. 3, in which elements identical to those of FIGS. 1 and 2 bear the same references, illustrates the cooling circuit in which this assembly is integrated. The circuit comprises a non-return valve 9, a first valve 10, which is a three-way solenoid valve, intended to make or not pass the cooling liquid in the heat exchanger 4, and a second valve 11, which is also a three-way solenoid valve for passing or not the coolant in the radiator 3. A possible use of the device according to the invention is the heating of the passenger compartment in winter. The device can also be used with higher outdoor temperatures to provide a user mixing capability. FIG. 4 illustrates the operating principle of an air conditioner using a cooling device according to the invention. The arrows indicate the direction of airflow.

De l'air extérieur est admis dans l'appareil et traverse un évaporateur 12. Si la boucle froide existe et fonctionne, l'air est refroidi en passant cet échangeur 12. Ensuite, selon la position d'un volet de mixage 13, une partie de cet air est directement envoyée en sortie du climatiseur, l'autre partie étant réchauffée en traversant l'aérotherme 4 et le climatiseur. Outside air is admitted into the apparatus and passes through an evaporator 12. If the cold loop exists and operates, air is cooled by passing this exchanger 12. Then, depending on the position of a mixing flap 13, a part of this air is directly sent out of the air conditioner, the other part being heated through the unit heater 4 and the air conditioner.

Sur un tableau type chauffage ou climatisation manuelle, l'utilisateur dispose d'un moyen d'action, comme par exemple un bouton rotatif ou une tirette, pour bouger le volet de mixage 13. Si les résistances chauffantes 5 ne sont pas activées et s'il n'y a pas d'eau chaude circulant dans l'aérotherme 4, la température en sortie du climatiseur sera toujours égale à la température à la sortie de l'évaporateur 12, quelle que soit la position du volet de mixage 13. L'utilisateur ne ressentira donc aucune variation de température d'air soufflé. Un moyen d'offrir une variation de température à l'utilisateur est bien sûr de mettre en route les résistances chauffantes 5 mais la consommation induite va réduire d'autant l'autonomie du véhicule alors que l'utilisateur n'en aura pas conscience. Une autre solution, n'induisant pas de consommation électrique, est d'utiliser les calories de l'ensemble moteur pour chauffer l'air dans l'aérotherme 4. Selon le même principe que celui décrit précédemment, l'eau refroidissant l'ensemble moteur est amenée dans l'aérotherme 4 pour chauffer l'air et ainsi apporter une variation d'air soufflé à l'utilisateur. Les électrovannes 10, 11 peuvent orienter le fluide depuis leur entrée vers une sortie S1 ou S2. Suivant leurs commandes, il apparaît donc quatre 15 modes de fonctionnement possibles. Si la première électrovanne 10 est ouverte en sortie S2 et fermée en sortie S1 et que la deuxième électrovanne 11 est ouverte en sortie S2 et fermée en sortie S1, le liquide de refroidissement ne traverse aucun échangeur.On a panel type heating or manual air conditioning, the user has a means of action, such as a rotary knob or a zipper, to move the mixing flap 13. If the heating elements 5 are not activated and s there is no hot water circulating in the heater 4, the outlet temperature of the air conditioner will always be equal to the temperature at the outlet of the evaporator 12, regardless of the position of the mixing flap 13. The user will therefore feel no change in air temperature blown. One way to offer a temperature variation to the user is of course to turn on the heating resistors 5 but the induced consumption will reduce the autonomy of the vehicle while the user will not be aware. Another solution, not inducing power consumption, is to use the calories of the motor assembly to heat the air in the heater 4. According to the same principle as that described above, the water cooling all motor is brought into the heater 4 to heat the air and thus provide a variation of air blown to the user. The solenoid valves 10, 11 can orient the fluid from their inlet to an outlet S1 or S2. According to their orders, there thus appear four possible modes of operation. If the first solenoid valve 10 is open at the output S2 and closed at the output S1 and the second solenoid valve 11 is open at the output S2 and closed at the output S1, the coolant passes through no heat exchanger.

20 Si la première électrovanne 10 est ouverte en sortie S1 et fermée en sortie S2 et que la deuxième électrovanne 11 est ouverte en sortie S2 et fermée en sortie S1, le liquide de refroidissement ne traverse que l'échangeur 4 de l'habitacle. Ce mode de fonctionnement est particulièrement intéressant puisque toutes les calories dissipées sont récupérées pour chauffer 25 l'habitacle. Si la première électrovanne 10 est ouverte en sortie S1 et fermée en sortie S2 et que la deuxième électrovanne 11 est ouverte en sortie S1 et fermée en sortie S2, le liquide de refroidissement traverse les deux échangeurs 4, 3. On peut passer dans ce mode lorsque l'habitacle est 30 suffisamment chaud et que l'on a encore un besoin de refroidissement important (le liquide de refroidissement a tendance à s'échauffer). Enfin, si la première électrovanne 10 est ouverte en sortie S2 et fermée en sortie S1 et que la deuxième électrovanne 11 est ouverte en sortie S1 et fermée en sortie S2, le liquide de refroidissement ne traverse que le radiateur 3. On peut être amené à passer dans ce mode de fonctionnement dans les deux cas suivants : - si le calculateur de chauffage interdit le couplage (pas de besoin de 5 chauffage par exemple, en été notamment), - si le besoin de refroidissement continue d'augmenter, alors pour évacuer le plus possible de calories, on souhaite augmenter au maximum le débit dans le radiateur et réduire les pertes de charge dans le circuit. Dans une variante, en plus des calories disponibles au niveau de 10 l'ensemble moteur, il est possible de valoriser les calories générées par la batterie de traction. En effet, cette batterie dégage de la chaleur en fournissant la puissance électrique pour la traction. Il est même nécessaire dans certaines conditions de refroidir cette batterie pour éviter des problèmes de limitation de puissance ou de vieillissement batterie.If the first solenoid valve 10 is open at the outlet S1 and closed at the outlet S2 and the second solenoid valve 11 is open at the outlet S2 and closed at the outlet S1, the coolant passes through the exchanger 4 of the passenger compartment only. This mode of operation is particularly interesting since all the calories dissipated are recovered to heat the cabin. If the first solenoid valve 10 is open at the outlet S1 and closed at the outlet S2 and the second solenoid valve 11 is open at the outlet S1 and closed at the outlet S2, the cooling liquid passes through the two exchangers 4, 3. It is possible to switch to this mode when the passenger compartment is sufficiently hot and there is still a need for significant cooling (the coolant tends to heat up). Finally, if the first solenoid valve 10 is open at the outlet S2 and closed at the outlet S1 and the second solenoid valve 11 is open at the outlet S1 and closed at the outlet S2, the cooling liquid passes through the radiator 3 only. to go into this operating mode in the following two cases: - if the heating calculator prohibits the coupling (no need for heating for example, in summer in particular), - if the need for cooling continues to increase, then to evacuate As many calories as possible, it is desired to increase the flow rate in the radiator as much as possible and to reduce the pressure drops in the circuit. In a variant, in addition to the calories available at the level of the motor assembly, it is possible to value the calories generated by the traction battery. Indeed, this battery releases heat by providing electrical power for traction. It is even necessary under certain conditions to cool this battery to avoid problems of power limitation or battery aging.

15 On peut ainsi envisager d'ajouter un circuit d'eau destiné au refroidissement de l'ensemble batterie. Ce refroidissement peut se faire par de l'eau ou de l'air. Dans le cas d'un refroidissement par de l'air, on peut ajouter un échangeur air-eau pour coupler le circuit de refroidissement de l'ensemble chargeur de batterie au circuit de chauffage de l'habitacle.It can thus be envisaged to add a water circuit for cooling the battery assembly. This cooling can be done by water or air. In the case of cooling by air, an air-water heat exchanger can be added to couple the cooling circuit of the battery charger assembly to the heating circuit of the passenger compartment.

20 Le dispositif de refroidissement selon l'invention est ainsi très simple à mettre en oeuvre. Il permet, à moindre coût, de diminuer la consommation énergétique du chauffage du véhicule et ainsi de maximiser l'autonomie du véhicule électrique. The cooling device according to the invention is thus very simple to implement. It allows, at lower cost, to reduce the energy consumption of the vehicle heating and thus maximize the autonomy of the electric vehicle.

Claims

REVENDICATIONS1. Cooling device for an electric motor vehicle, comprising a cooling circuit able to cool with a cooling liquid a motor assembly (2) comprising an electric motor and an electronic control system, characterized in that the device comprises an air conveying circuit capable of conveying air from outside the vehicle to the passenger compartment (7) of the vehicle, said air conveying circuit comprising: - a heat exchanger (4) adapted to ensure a heat exchange between the coolant and air coming from outside the vehicle, and - a heating means (5) capable of ensuring a heat exchange between the coolant and the air conveyed to the cockpit (7).

2. Device according to claim 1, characterized in that the heating means (5) comprises at least one heating resistor (5).

3. Device according to claim 2, characterized in that the heating resistor (5) is a positive temperature coefficient resistance.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cooling circuit is also able to cool a battery pack.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises a radiator (3) adapted to cool the cooling liquid and a pump (1) adapted to circulate the cooling liquid in the circuit of cooling.

6. Device according to claim 5, characterized in that it comprises a first valve (10) adapted to allow or not to allow a passage in the heat exchanger (4) of the coolant leaving the engine assembly ( 2) and a second valve (11) adapted to allow or not to allow a passage in the radiator (3) of the coolant leaving the exchanger (4).

7. Motor vehicle, characterized in that it comprises a cooling device according to one of claims 1 to 6.

8. Motor vehicle according to claim 7, characterized in that it comprises an air conditioning device provided with an air circuit connected to the cooling circuit of the cooling device.