Pompes à chaleur à haute efficacité énergétique pour véhicules électrifiés routiers et ferroviaires – ELEC-HP

La première voie d’innovation réside dans la conception, la simulation et la mise au point de générateurs de tourbillons permettant l’amplification des échanges de chaleur et la gestion du dépôt de givre. Cette gestion est duale soit par une gestion des rangs de l’échangeur pour que l’un soit le bouclier de l’autre, soit par limitation du dépôt solide.
La deuxième voie d’innovation est associée à la conception système à plusieurs échelles : échelle de l’échangeur pour la gestion du dépôt de givrage et du dégivrage, échelle de la pompe à chaleur pour minimiser les pertes énergétiques dues au dégivrage, échelle du véhicule pour minimiser les besoins et récupérer l’énergie sur l’air extrait, échelle de l’usager pour fournir juste la quantité d’énergie nécessaire.

Résultats majeurs du projet :
- stratégies de dégivrage à faible impact énergétique
- conception d’évaporateur-condenseur à faible dépôt de givre (en cours)
- développement système d’une pompe à chaleur inversable fonctionnant de -20°C à +40°C (à venir)

Développement de nouveaux systèmes de pompe à chaleur utilisant les mêmes types d’échangeurs et les mêmes types de concept de gestion du givrage et du dégivrage pour les véhicules électriques et les véhicules ferroviaires.

En cours

Ce projet vise à développer de manière générique une famille de pompes à chaleur embarquées qui se substituent au chauffage par résistance électrique. Il faut pour cela concevoir et/ou adapter des architectures et composants qui permettent de réaliser des pompes à chaleur embarquées inversables (fonctionnement en rafraîchissement et en chauffage), à haute efficacité énergétique, fiables et adaptées aux véhicules électrifiés et aux trains, utilisant un compresseur électrique.
Les verrous à lever sont :
- d’utiliser une fluide frigorigène dont le GWP est inférieur à 150 et qui présente de bonnes performances énergétiques en chauffage pour une température extérieure de
-30 °C mais aussi en rafraîchissement pour une température extérieure de + 40 °C ;
- de concevoir des échangeurs entièrement en aluminium brasé, avec une nouvelle conception des ailettes, optimisée pour une meilleure gestion des cycles de givrage et dégivrage, qui se révèle être un enjeu majeur pour rendre robuste et pérenniser l’utilisation de pompes à chaleur dans les transports ;
- de concevoir de nouvelles stratégies de dégivrage qui n’inversent pas le cycle et n’impactent pas le confort dans l’habitacle ;
- de développer, pour les véhicules routiers, des stratégies de pré-conditionnement incluant du stockage d’énergie ;
- de concevoir des systèmes de diffusion de la chaleur et de la fraîcheur au plus près des passagers pour améliorer le ratio énergie utile / énergie produite.
Une fois ces verrous levés et les solutions technologiques prouvées au niveau laboratoire, deux démonstrateurs seront conçus, réalisés et testés ; un démonstrateur de pompe à chaleur de véhicule électrique préexistant sera modifié pour inclure les nouveaux échangeurs, modifier le mode de dégivrage, modifier la régulation globale du système. Pour ce faire, il faudra simuler en régime dynamique les besoins de chauffage et de refroidissement ainsi que la gestion énergétique globale associée qui est spécifique pour les véhicules hybrides rechargeables, les véhicules électriques, les trains et les tramways. Les stratégies de pré-conditionnement seront conçues et seront mises en œuvre. Les 2 +1 démonstrateurs de pompes à chaleur inversables seront conçus en parallèle et requièrent des développements propres :
o pour véhicule hybride rechargeable
o pour véhicule électrique
o pour une voiture de tramway.
Les trois prototypes seront réalisés dans le cadre de ce projet et seront testés pendant une année en intégrant les différentes saisons. Ceci permettra le système en pompe à chaleur et en système de climatisation. Pour cela, les prototypes seront en fonctionnement à partir du début de la troisième année du programme et les mesures seront menées pendant une année.