ES2301881T3 - Procedimiento y dispositivo de recuperacion de energia a bordo de un vehiculo equipado con una pila de combustibles con reformador. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de recuperación de la energía eléctrica en un vehículo automóvil movido por al menos un motor eléctrico (10), del tipo que comprende una pila de combustible (14) que alimenta al motor eléctrico (10) y equipos eléctricos (68), y que es alimentado de carburante, y particularmente de hidrógeno (H2), por mediación de un reformador (42) cuyo caudal de carburante es controlado en función del consumo eléctrico (Pmot-) del motor eléctrico (10), y que produce temporalmente un exceso de carburante cuando el consumo (Pmot-) del motor eléctrico (10) disminuye, y del tipo que comprende medios de almacenamiento de energía (16, 76, 78, 80), caracterizado porque comprende las etapas siguientes: - a) una etapa de equilibrio en el curso de la cual la potencia eléctrica potencial (Ppile+) que la pila de combustible (14) es susceptible de proporcionar instantáneamente es calculada en función del caudal de combustible producido por el reformador (42), y en el curso de la cual se estiman las potencias eléctricas consumidas instantáneamente (Pmot-, Péq-) por el motor eléctrico (10) y por los equipos (68); y - b) una etapa de cálculo de la potencia eléctrica excedentaria (Préc) que es el resultado de la diferencia entre la citada potencia eléctrica potencial (Ppile+) y la suma de las potencias eléctricas consumidas estimadas (Pmot- + Péq-); y - c) una etapa de determinación de la capacidad instantánea de almacenamiento (C) de potencia eléctrica de los medios de almacenamiento (16, 76, 78, 80) que es iniciada cuando la potencia eléctrica excedentaria (Préc) es estrictamente positiva; - d) una etapa de almacenamiento que se inicia cuando la capacidad instantánea de almacenamiento (C) es superior o igual a la potencia eléctrica excedentaria (Préc), en el curso de la cual la pila de combustible (14) es alimentada por la totalidad del exceso de carburante y en el curso de la cual la potencia eléctrica excedentaria (Préc) es almacenada en los medios de almacenamiento (16, 76, 78, 80); - e) una etapa de reparto del exceso de carburante, que se inicia cuando la capacidad de almacenamiento (C) es inferior a la potencia eléctrica excedentaria (Préc), en el curso de la cual la pila de combustible (14) es alimentada con una porción del exceso de carburante suficiente para reconstituir los almacenes de energía de los medios de almacenamiento (16, 76, 78, 80).
Description
Procedimiento y dispositivo de recuperación de
energía a bordo de un vehículo equipado con una pila de combustible
con reformador.
La invención se refiere a un procedimiento de
recuperación de la energía eléctrica en un vehículo automóvil
movido por al menos un motor eléctrico.
La invención se refiere más particularmente a un
procedimiento de recuperación de la energía eléctrica en un
vehículo automóvil movido por al menos un motor eléctrico, del tipo
que comprende una pila de combustible que alimenta al motor
eléctrico y equipos eléctricos, y que es alimentado de carburante, y
particularmente de hidrógeno, por mediación de un reformador cuyo
caudal de carburante es controlado en función del consumo eléctrico
del motor eléctrico, y que produce temporalmente un exceso de
carburante cuando el consumo del motor eléctrico disminuye, y del
tipo que comprende medios de almacenamiento de energía.
Los vehículos movidos por al menos un motor
eléctrico pueden particularmente ser alimentados de energía
eléctrica por una pila de combustible.
Una pila de combustible está constituida
principalmente por dos electrodos, un ánodo y un cátodo, que están
separados por un electrolito. Este tipo de pila permite la
conversión directa en energía eléctrica de la energía producida por
las reacciones de oxidación-reducción
siguientes:
- una reacción de oxidación de un combustible, o
carburante, que alimenta al ánodo de manera continua; y
- una reacción de reducción de un comburente que
alimenta al cátodo de manera continua.
Las pilas de combustible utilizadas para
proporcionar energía eléctrica a bordo de vehículos automóviles son
generalmente del tipo de electrolito sólido, particularmente de
electrolito de polímetro. Tal pila utiliza particularmente
hidrógeno (H_{2}) y oxígeno (O_{2}) a guisa de carburante y de
comburente respectivamente.
Este tipo de pila permite obtener a la vez un
rendimiento, un tiempo de reacción y una temperatura de
funcionamiento globalmente satisfactorios para proporcionar
electricidad a un motor eléctrico para la propulsión de un vehículo
automóvil.
Contrariamente a los motores térmicos que
expulsan con los gases de escape una cantidad no despreciable de
sustancias contaminantes, la pila de combustible ofrece
particularmente la ventaja de no expulsar más que el agua que es
producida por la reacción de reducción en el cátodo. Además, una
pila del tipo descrito precedentemente puede utilizar aire ambiente
cuyo oxígeno (O_{2}) es reducido.
El cátodo comprende generalmente una entrada que
permite la alimentación continua de oxígeno (O_{2}) o de aire, y
una salida que permite la evacuación del exceso de aire o de oxígeno
(O_{2}) así como la evacuación del agua producida durante la
reducción del oxígeno (O_{2}). De manera general, el ánodo
comprende generalmente una entrada por la cual se introduce
hidrógeno (H_{2}).
Sin embargo, en el estado actual de la técnica,
el almacenamiento de hidrógeno puro (H_{2}) a bordo del vehículo
necesita un volumen demasiado importante para obtener una autonomía
confortable. Además, la logística de distribución del hidrógeno
(H_{2}) no está todavía extendida geográficamente.
Para resolver estos problemas, es conocido
producir hidrógeno (H_{2}) directamente a bordo del vehículo a
partir de hidrocarburos, particularmente de combustibles
convencionales tales como la gasolina o el gas natural. El
hidrógeno (H_{2}) es extraído de la gasolina durante una operación
llamada de reformado que necesita un dispositivo llamado
reformador.
La gasolina es inyectada en el reformador con
agua y aire. El producto del reformado es un gas llamado reformado
que está principalmente compuesto por hidrógeno (H_{2}), de
monóxido de carbono (CO), de dióxido de carbono (CO_{2}), de
oxígeno (O_{2}) y de nitrógeno (N_{2}). El reformador comprende
generalmente un quemador que proporciona la energía calorífica
necesaria para mantener el reformador a una temperatura de
funcionamiento. El ánodo de la pila es a continuación alimentado
directamente de reformado por el reformador.
La potencia eléctrica producida por la pila de
combustible es proporcional a los caudales de comburente y de
carburante inyectados en el cátodo y en el ánodo, respectivamente.
Para controlar la potencia eléctrica que la pila debe proporcionar
al motor eléctrico, es por consiguiente conocido hacer variar los
caudales de comburente y de carburante que alimentan a la pila.
Así, el caudal de carburante inyectado en el ánodo es regulado
accionando el reformador.
No obstante, el tiempo de respuesta del
reformador entre el instante en el cual se requiere una variación
del caudal de carburante para hacer variar la producción de
corriente de la pila de combustible, y el instante en el cual el
caudal de carburante varía efectivamente es del orden de varios
segundos, como presentan los documentos DE19733117, EP1286405 y
WO02/36385.
Así, cuando el motor eléctrico requiere una
mayor potencia eléctrica, la pila no puede proporcionar la potencia
eléctrica requerida más que tras un tiempo de respuesta de varios
segundos, el tiempo para que el reformador produzca el caudal de
reformado adecuado.
Igualmente, cuando el motor requiere menos
electricidad, el reformador continúa durante algunos segundos
produciendo un caudal de reformado superfluo que no es consumido
por la pila de combustible.
Para paliar la insuficiencia temporal de
potencia eléctrica debida al tiempo de latencia del reformador
cuando el motor requiere un aumento rápido de electricidad, se
conoce alimentar temporalmente el motor eléctrico gracias al menos
a una batería auxiliar.
Con el fin de limitar el número de baterías
implantadas en el vehículo, es conocido recuperar energía durante
las deceleraciones del vehículo y almacenar esta energía recuperada
en las baterías. Tal solución está particularmente descrita y
representada en el documento
EP-A-0.640.503.
Este documento propone un procedimiento de
recuperación de la energía producida por el motor de tracción cuando
éste funciona como generador de corriente, es decir cuando el
vehículo decelera, no estando ya el motor alimentado de
electricidad.
Además, cuando la batería ya no puede almacenar
corriente, este documento propone almacenar la energía recuperada
excedentaria gracias a medios de almacenamiento tales como un
acumulador térmico.
Sin embargo, el funcionamiento del motor
eléctrico como generador eléctrico actúa como un freno motor sobre
el vehículo. Por razones de comodidad de conducción y de seguridad
de los pasajeros, el freno motor debe poder ser accionado y su
acción limitada.
La energía recuperada en estas condiciones debe
ser, por consiguiente, regulada por razones de la seguridad de los
pasajeros del vehículo descritas anteriormente. No es por
consiguiente posible recuperar la totalidad de la energía que puede
producir el motor en estas condiciones.
Además, la energía que puede proporcionar
potencialmente la pila de combustible gracias al exceso de reformado
producido por el reformador durante la disminución de demanda de
electricidad del motor no está explotada.
Para resolver estos problemas, la presente
invención propone un procedimiento del tipo descrito
precedentemente, caracterizado porque comprende las etapas
siguientes:
- a) una etapa de equilibrio en el curso de la
cual la potencia eléctrica potencial que la pila de combustible es
susceptible de proporcionar instantáneamente se calcula en función
del caudal de carburante producido por el reformador, y en el curso
de la cual se estiman las potencias eléctricas consumidas
instantáneamente por el motor eléctrico y por los equipos; y
- b) una etapa de cálculo de la potencia
eléctrica excedentaria que es el resultado de la diferencia entre
la citada potencia eléctrica potencial y la suma de las potencias
eléctricas consumidas estimadas; y
- c) una etapa de determinación de la capacidad
instantánea de almacenamiento de potencia eléctrica de los medios
de almacenamiento que se inicia cuando la potencia eléctrica
excedentaria es estrictamente positiva;
- d) una etapa de almacenamiento que se inicia
cuando la capacidad instantánea de almacenamiento es superior o
igual a la potencia eléctrica excedentaria, en el curso de la cual
la pila de combustible es alimentada por la totalidad del exceso de
carburante y en el curso de la cual la potencia eléctrica
excedentaria es almacenada en los medios de almacenamiento;
- e) una etapa de reparto del exceso de
carburante, que se inicia cuando la capacidad de almacenamiento es
inferior a la potencia eléctrica excedentaria, en el curso de la
cual la pila de combustible es alimentada con una porción del
exceso de carburante suficiente para reconstituir la energía
almacenada de los medios de almacenamiento.
De acuerdo con otras características de la
invención:
- el procedimiento comprende entre la etapa de
cálculo b) y la etapa de determinación c) una etapa intermedia de
frenado recuperativo b') que se inicia cuando la potencia eléctrica
consumida por el motor eléctrico es nula, siendo entonces el motor
eléctrico susceptible de funcionar como generador de corriente
eléctrica, y en el curso de la cual se estima la potencia eléctrica
susceptible de ser producida por el motor eléctrico, y se adiciona
a la citada potencia eléctrica excedentaria;
- durante las etapas de almacenamiento d) y de
reparto e), la potencia eléctrica producida por el motor eléctrico
es almacenada en los medios de almacenamiento prioritariamente con
relación a la potencia excedentaria producida por la pila de
combustible;
- la porción restante del citado exceso de
carburante es quemada;
- la porción restante del citado exceso de
carburante es almacenada en un depósito;
- los medios de almacenamiento comprenden
baterías eléctricas;
- los medios de almacenamiento comprenden un
acumulador térmico en el cual la potencia eléctrica excedentaria es
almacenada en forma de energía calorífica por mediación de un
dispositivo frigorífico por compresión;
- los medios de almacenamiento comprenden un
recipiente que contiene un fluido y en el cual la energía es
almacenada en forma de energía mecánica por mediación de una bomba
que modifica la presión del fluido.
La invención se refiere además a un dispositivo
de recuperación de la energía eléctrica en un vehículo automóvil
movido por al menos un motor eléctrico, del tipo que comprende una
pila de combustible que alimenta al motor eléctrico y equipos
eléctricos, y que es alimentado de carburante, y particularmente de
hidrógeno (H_{2}), por mediación de un reformador cuyo caudal de
carburante es controlado en función del consumo eléctrico
(P_{mot}^{-}) del motor eléctrico, y que produce temporalmente
un exceso de carburante cuando el consumo (P_{mot}^{-}) del
motor eléctrico disminuye, y del tipo que comprende medios de
almacenamiento de energía, caracterizado porque regula la energía
recuperada excedentaria producida por el motor de tracción y la
energía proporcionada por la pila de combustible gracias al exceso
de reformado producido por el reformador.
Otras características y ventajas de la invención
se harán evidentes en el curso de la lectura de la descripción
detallada que sigue, para la compresión de la cual se hará
referencia a las figuras adjuntas entre las cuales:
- la figura 1 representa esquemáticamente un
vehículo automóvil movido por un motor eléctrico y equipado con una
instalación de producción de electricidad y de medios de
almacenamiento de energía de acuerdo con las enseñanzas de la
invención;
- la figura 2 es un esquema que detalla la
instalación de producción de electricidad representada en la figura
1;
- la figura 3 es un diagrama que representa las
etapas principales del procedimiento realizado de acuerdo con las
enseñanzas de la invención.
Se ha representado esquemáticamente en la figura
1 un vehículo que es aquí movido por un motor eléctrico 10 que está
principalmente alimentado por una instalación de producción de
electricidad 12 embarcada a bordo del vehículo. La instalación de
producción de electricidad comprende particularmente una pila de
combustible 14 representada en la figura 2.
El vehículo comprende también una batería
auxiliar de tracción 16 que está destinada a suplementar a la
instalación de producción de electricidad 12 en condiciones de
funcionamiento del vehículo que se explicarán con detalle a lo
largo de esta descripción.
Se va a describir ahora con detalle la
instalación de producción de electricidad 12 que se representa en la
figura 2.
La pila de combustible 14 proporciona
electricidad cuando es alimentada de comburente y de carburante. La
pila de combustible 14 comprende un ánodo 18 y un cátodo 20 que
están aquí separados por una membrana de polímero 22 que forma
electrolito.
El cátodo 20 comprende un orificio de
alimentación catódica 24 por el cual es alimentado de comburente,
que es aquí aire.
Igualmente, el ánodo 18 comprende un orificio de
alimentación anódica 26 por el cual es alimentada de carburante,
que es aquí un reformado particularmente constituido por hidrógeno
(H_{2}), y comprende un orificio de evacuación anódica 28 por el
cual el carburante, o el reformado, residual es evacuado.
La instalación 12 comprende un primer circuito
de alimentación 30 del cátodo 20 de comburente, y particularmente
de aire, y comprende un segundo circuito de alimentación 32 del
ánodo 18 de carburante, y particularmente de hidrógeno
(H_{2}).
El primer circuito de alimentación 30 del cátodo
20 se compone particularmente de un módulo de admisión de aire
atmosférico 34 en el cual el aire atmosférico es admitido a través
de un tramo de entrada 36, y que alimenta al cátodo 20 de aire por
mediación de un conducto de alimentación catódica 38 que está
acoplado al orificio de alimentación catódica 24. El módulo de
admisión de aire 34 está particularmente destinado a regular el
caudal de aire admitido en el cátodo 20.
El segundo circuito de alimentación 32 del ánodo
18 se compone principalmente de un depósito 40 que contiene un
hidrocarburo tal como la gasolina, y de un reformador 42.
Un colector de alimentación de hidrógeno 44 está
acoplado por una primera extremidad al depósito 40 y por un
asegunda extremidad a un orificio de entrada 45 del reformador 42.
Una bomba de hidrógeno 46 que está intercalada en el colector de
alimentación 44 de hi, está destinada a aspirar el hidrógeno
contenido en el depósito 40 hacia el reformador 42. Un tramo de
alimentación de aire 48 está acoplado por una primera extremidad al
módulo de admisión de aire 34 y por una segunda extremidad a un
orificio de admisión 50 de aire del reformador 42.
El reformador 42 está aquí destinado a extraer
el hidrógeno (H_{2}) contenido en el hidrocarburo. A este fin, el
reformador 42 debe particularmente ser alimentado de aire que es
conducido hacia el reformador 42 a través del tramo de alimentación
de aire 48.
Tras la extracción del hidrógeno (H_{2}),
expulsa por un orificio de salida 52 un carburante, o reformado,
que contiene hidrógeno (H_{2}) en un colector de alimentación 54
del ánodo 18 que está acoplado al orificio de alimentación anódica
26.
Durante el funcionamiento de la pila de
combustible 14, el ánodo 18 consume una parte del hidrógeno
(H_{2}) contenida en el reformado, siendo el reformado residual
expulsado por el orificio de evacuación anódica 28.
El orificio de evacuación anódica 28 desemboca
en un colector, de evacuación anódica 56 que conduce al reformado
residual hasta un orificio de alimentación 58 de un quemador (no
representado) que está integrado en el reformador 42. El quemador
está particularmente destinado a consumir el reformado residual de
manera que proporcione el calor necesario para el funcionamiento
del reformador 42.
La instalación de producción de electricidad 12
alimenta así de energía eléctrica a un circuito eléctrico 60 del
vehículo que alimenta de electricidad particularmente al motor
eléctrico 10 por mediación de un ondulador 62. El circuito
eléctrico 60 está representado a trazos con flechas continuos en la
figura 1.
El motor eléctrico 10 así alimentado convierte
la potencia eléctrica recibida en par motor que es a continuación
transmitido a las ruedas 64 del vehículo por mediación de un
mecanismo de transmisión 66.
La instalación de producción de electricidad 12
alimenta también a equipos eléctricos 68 del vehículo, tales como
por ejemplo faros o limpia-parabrisas.
La potencia eléctrica que es proporcionada por
la pila de combustible 14 y que es requerida por el motor eléctrico
10 y/o por los equipos eléctricos 68, es susceptible de variar de
acuerdo con las condiciones de rodadura y/o de acuerdo con las
órdenes del conductor del vehículo. El conductor dispone en efecto
de un dispositivo de control de la aceleración 70 del vehículo tal
como un pedal de aceleración.
La potencia eléctrica proporcionada por la pila
de combustible 14 es proporcional a los caudales de carburante y de
comburentes inyectados en el ánodo 18 y en el cátodo 20. Ahora bien,
el caudal de carburante inyectado en el ánodo 18 es producido por
el reformador 42.
El vehículo comprende una unidad de control
electrónico 72 que controla por consiguiente por una parte del
caudal de aire en el cátodo 20 por mediación del modulo de admisión
de aire 34, y que controla por otra parte el caudal de carburante
en el ánodo 18 regulando el caudal de hidrocarburo, por mediación de
la bomba de hidrocarburo 46, de aire y de agua admitidos en el
reformador 42.
Las conexiones entre la unidad de control
electrónico 72 y los diferentes órganos del vehículo son
representados a trazos discontinuos en las figuras 1 y 2.
Así, cuando el conductor requiere para el motor
eléctrico 10 una mayor potencia eléctrica, la unidad de control
electrónico 72 controla el modulo de admisión de aire 34 y la bomba
de hidrocarburo 46 de manera que adapten los caudales de comburente
y de carburante a la producción de potencia eléctrica requerida.
Sin embargo, el reformador 42 no puede responder
a este accionamiento más que tras un tiempo de latencia no
despreciable que es por ejemplo del orden de algunos segundos. En
efecto, la unidad de control electrónico 72 controla los caudales
de hidrocarburo, de aire y de agua que son admitidos en el
reformador 42 para transformar el hidrocarburo, el aire y el agua
en reformado. Así, la variación del caudal de hidrocarburo por la
unidad de control electrónico 72 no se repercute sobre el caudal de
carburante que sale del reformador 42 más que una vez que el tiempo
de latencia ha terminado. Durante este tiempo de latencia y cuando
la unidad de control electrónico 72 requiere una disminución del
caudal de carburante, el reformador 42 continúa produciendo un
exceso de carburante.
La instalación de producción de electricidad 12
comprende por consiguiente un conducto de desviación 74 del exceso
de carburante que es acoplado por su primera extremidad al conducto
de alimentación catódica 38 y que está acoplado por su segunda
extremidad al quemador de reformador 42. Este conducto de desviación
74 está particularmente destinado a desviar el exceso de carburante
directamente hacia el quemador con el fin de que el exceso de
carburante sea quemado.
\newpage
Además, la batería auxiliar de tracción 16 está
destinada a suplementar temporalmente a la instalación de
producción de electricidad 12 cuando el motor eléctrico 10 requiere
un aumento de potencia eléctrica. La batería auxiliar 16 está
conectada eléctricamente al motor eléctrico 10 así como a los
equipos eléctricos 68 por mediación del circuito eléctrico 60.
Además la electricidad proporcionada normalmente
por la instalación de producción de electricidad 12 en función de
las necesidades instantáneas de energía eléctrica del vehículo, el
vehículo puede temporalmente proporcionar un exceso de energía
eléctrica.
Así, el motor eléctrico 10 del vehículo es
susceptible de funcionar como generador de corriente eléctrica
cuando el vehículo está en fase de deceleración y cuando el motor
eléctrico 10 no está alimentado de corriente eléctrica. El motor
que es entonces arrastrado en rotación por las ruedas 64 por medio
del mecanismo de transmisión 66 puede entonces proporcionar
corriente eléctrica.
Sin embargo, la producción de energía eléctrica
por el motor eléctrico 10 actúa sobre el vehículo como un freno.
Con el fin de no sorprender al conductor y de hacer predecible la
deceleración del vehículo, el funcionamiento del motor eléctrico 10
como generador es por consiguiente regulado por la unidad de control
electrónico 72.
El exceso de combustible que es producido por el
reformador 42 cuando la potencia eléctrica requerida por el motor
es baja, se destina tradicionalmente a ser inyectado de nuevo
directamente en el reformador 42 para ser quemado. Sin embargo, la
invención propone un procedimiento para recuperar al menos una parte
de la energía que la pila de combustible 14 es susceptible de
proporcionar, a partir de este exceso.
A lo largo de la descripción, la potencia
eléctrica que es susceptible de ser proporcionada a bordo del
vehículo pero que no es consumible instantáneamente por el motor
eléctrico 10 y/o por los equipos eléctricos 68 será calificada de
potencia eléctrica "recuperada".
El vehículo comprende diferentes dispositivos
que son susceptibles de almacenarse bajo diferentes formas la
energía eléctrica recuperada.
En este modo de realización, el vehículo
comprende particularmente un acumulador térmico 76, un acumulador
de presión 78, un acumulador de vacío 80, y la batería auxiliar de
tracción 16.
El almacenamiento de la energía eléctrica en un
acumulador térmico 76 está particularmente descrito y representado
en la solicitud de patente francesa Nº 01-01720. El
acumulador térmico forma aquí parte de un dispositivo de
climatización (no representado) del vehículo. La energía eléctrica
recuperada es principalmente utilizada para hacer funcionar un
compresor 82 del dispositivo de climatización que, en lugar de
refrigerar el habitáculo del vehículo, refrigera el acumulador
térmico 76. El frío así almacenado está destinado a ser utilizado
ulteriormente por el dispositivo de climatización que no necesita
entonces menos energía eléctrica para funcionar.
El acumulador de presión 78 está aquí integrado
en un dispositivo de dirección asistida (no representado) que
comprende particularmente un grupo de electro-bomba
hidráulica 84. La electricidad recuperada es aquí utilizada para
hacer funcionar la electro-bomba 84 que comprende un
fluido contenido en el acumulador de presión 78. La energía
eléctrica es así convertida en energía mecánica, que se almacena en
el acumulador de presión 78.
El acumulador de vacío 80 está aquí integrado en
un dispositivo de asistencia al frenado (no representado) del
vehículo que comprende una bomba de vacío 86. La electricidad
recuperada es utilizada para alimentar la bomba de vacío 86 que
aspira un fluido contenido en el acumulador de vacío 80. La energía
eléctrica es así convertida en energía mecánica, que es almacenada
en el acumulador de vacío 80.
La electricidad recuperada es así susceptible de
ser almacenada directamente en la batería auxiliar de tracción
16.
Se va a describir ahora con detalle el
procedimiento de recuperación y de almacenamiento de energía de
acuerdo con las enseñanzas de la invención en referencia a la
figura 3 y pone en funcionamiento a los órganos del vehículo
precedentemente descritos.
El procedimiento comprende principalmente las
etapas siguientes:
- a) una etapa de equilibrio en el curso de la
cual la potencia eléctrica potencial P_{pile}^{+} que la pila
de combustible 14 es susceptible de proporcionar instantáneamente es
calculada en función del caudal de carburante producido por el
reformador 42, y en el curso de la cual se estiman las potencias
eléctricas consumidas instantáneamente por el motor eléctrico 10
P_{mot}^{-} y por los equipos 68 P_{éq}^{-}; y
- b) una etapa de cálculo de la potencia
eléctrica recuperable, o excedentaria, P_{réc} que es el resultado
de la diferencia entre la citada potencia eléctrica potencial
P_{pile}^{+} y la suma de las potencias eléctricas consumidas
estimadas (P_{mot}^{-} + P_{éq}^{-}); y
\newpage
- b') una etapa intermediaria de frenado
recuperativo que se inicia cuando la potencia eléctrica consumida
por el motor eléctrico 10 P_{mot}^{-} es nula, siendo entonces
el motor eléctrico 10 susceptible de funcionar como generador de
corriente eléctrica, y en el curso de la cual se estima la potencia
eléctrica susceptible de ser proporcionada por el motor eléctrico
10 P_{frein}^{+}, y es después adicionada a la citada potencia
eléctrica recuperable P_{réc}.
- c) una etapa de determinación de la capacidad
instantánea de almacenamiento C de potencia eléctrica de los medios
de almacenamiento que se inicia cuando la potencia eléctrica
excedentaria P_{réc} es estrictamente positiva;
- d) una etapa de almacenamiento que se inicia
cuando la capacidad instantánea de almacenamiento C es superior o
igual a la potencia eléctrica excedentaria P_{réc}, en el curso de
la cual la pila de combustible 14 es alimentada por la totalidad
del exceso de carburante y en el curso de la cual la potencia
eléctrica excedentaria P_{réc} es almacenada en los medios de
almacenamiento.
- e) una etapa de reparto del exceso de
carburante, que se inicia cuando la capacidad de almacenamiento C
es inferior a la potencia eléctrica excedentaria P_{réc}, en el
curso de la cual la pila de combustible 14 es alimentada con una
porción del exceso de carburante suficiente para reconstituir los
almacenes de energía de los medios de almacenamiento.
Durante la etapa a) del procedimiento, se estima
la potencia eléctrica instantánea Ppile^{+} que la pila de
combustible 14 es susceptible de entregar a partir del caudal
instantáneo de carburante proporcionado por el reformador 42 y es
memorizada por la unidad de control electrónico 72. El caudal de
carburante es, por ejemplo, medido por un captador adecuado que
está situado a la salida del reformador 42, siendo a continuación
la medición transmitida a la unidad de control electrónico 72.
La potencia eléctrica instantánea consumida
P_{mot}^{-} por el motor eléctrico 10 es así estimada y
memorizada por la unidad de control electrónico 72, por ejemplo a
partir de la posición del pedal de aceleración 70 accionado por el
conductor.
Finalmente, la potencia eléctrica instantánea
consumida Péq^{-} por los equipos eléctricos 68 del vehículo es
estimada y memorizada por la unidad de control electrónico 72 a
partir de las mediciones que son efectuadas por diferentes
captadores (no representados), y después son enviadas a la unidad de
control electrónico 72 por mediación de conexiones eléctricas.
A continuación, durante la etapa de cálculo b)
del procedimiento, la potencia eléctrica recuperable, o
excedentaria, P_{réc} que es el resultado de la diferencia entre
la potencia eléctrica potencial P_{pile}^{+} y la suma de las
potencias eléctricas consumidas estimadas (P_{mot}^{-} +
Péq^{-}) es calculada por la unidad de control electrónico 72 a
partir de estos tres tipos de valores memorizados.
La potencia eléctrica excedentaria P_{réc} es,
de hecho, la potencia eléctrica que el vehículo es susceptible de
recuperar a partir del exceso de carburante producido por el
reformador 42.
Si el valor calculado es inferior o igual a
cero, el reformador 42 no proporciona carburante en exceso y la
pila de combustible 14 no es por consiguiente susceptible de
proporcionar energía eléctrica recuperable.
Por el contrario, si el valor calculado es
superior a cero, es que el reformador 42 proporciona carburante en
exceso, y por consiguiente que energía eléctrica excedentaria es
susceptible de ser proporcionada al vehículo por la pila de
combustible 14.
De acuerdo con este modo de realización de la
invención, cualquiera que sea el resultado de la etapa b), es
necesario determinar si el vehículo es susceptible de producir
energía por frenado recuperativo.
Si la potencia eléctrica requerida por el motor
eléctrico 10 P_{mot}^{-} es nula y la velocidad V del vehículo
es estrictamente superior a cero, el vehículo se encuentra en
situación de frenado recuperativo. La etapa intermediaria b') es
por consiguiente iniciada por la unidad de control electrónico 72
con el fin de estimar la potencia eléctrica recuperable en
situación de frenado recuperativo P_{frein}^{+}.
Si no, se considera que el vehículo no está en
situación de frenado recuperativo y la etapa c) es directamente
iniciada por la unidad de control electrónico 72.
Durante la etapa intermediaria b'), la potencia
eléctrica P_{frein}^{+} que el motor eléctrico 10 es susceptible
de proporcionar durante el frenado recuperativo es estimada por la
unidad de control electrónico 72. Esta estimación tiene en cuenta
la velocidad V del vehículo, así como la ergonomía y la comodidad de
los pasajeros. Esta potencia estimada P_{frein}^{+} es entonces
añadida a la potencia recuperable P_{réc} calculada
precedentemente. Esta suma constituye entonces el nuevo valor de la
potencia recuperable P_{réc} por el vehículo.
A continuación, durante la etapa c), una prueba
es efectuada por la unidad de control electrónico 72 para
determinar si energía eléctrica es susceptible de ser recuperada en
el vehículo. Así, si la potencia recuperable P_{réc} es
estrictamente superior a un umbral que tiene aquí por valor cero, la
unidad de control electrónico 72 inicia la secuencia de la etapa
c). Si no, es que no hay energía eléctrica que recuperar, la unidad
de control electrónico 72 interrumpe y reinicializa, por
consiguiente, el procedimiento.
La capacidad instantánea de almacenamiento C de
energía a bordo del vehículo es determinada por la unidad de
control electrónico 72.
Durante esta etapa, la potencia eléctrica C1 que
puede ser cargada en la batería auxiliar de tracción 16 es
calculada por la unidad de control electrónico 72 basándose por
ejemplo en el estado de carga de la batería 16 y en su
temperatura.
Si el dispositivo de climatización es activado
por el conductor, pero el compresor de climatización está en
parada, y si el acumulador térmico 76 no alcanza un umbral de
temperatura mínima de umbral, entonces la potencia eléctrica C2
requerida por el compresor 82 del dispositivo de climatización con
el fin de refrigerar el acumulador térmico 76 hasta un umbral de
temperatura mínima es calculado por la unidad de control electrónico
72.
Si la presión en el interior del acumulador de
vacío 80 es superior a un umbral máximo de presión, la potencia
eléctrica C3 requerida por la bomba de vacío 80 hasta el umbral de
presión mínima es calculada por la unidad de control electrónico
72.
Si la presión en el interior del acumulador de
presión 78 es inferior a un umbral mínimo de presión, la potencia
eléctrica C4 requerida por la electro-bomba 84 con
el fin de elevar la presión en el interior del acumulador de
presión 78 hasta el umbral de presión máxima es calculada por la
unidad de control electrónico 72.
La capacidad instantánea de almacenamiento C de
energía a bordo del vehículo es igual a la suma de estas potencias
eléctricas (C1+C2+C3+C4).
Finalmente, la potencia eléctrica recuperable
instantáneamente P_{réc} es comparada por la unidad de control
electrónico 72 con la capacidad instantánea de almacenamiento C.
Si la capacidad de almacenamiento C es superior
a la potencia recuperable P_{réc}, entonces la etapa de
almacenamiento d) es iniciada. La unidad de control electrónico 72
controla la carga de los almacenes de energía 16, 76, 78, 80
utilizando la energía eléctrica proporcionada por el motor eléctrico
10 y alimentando la pila de combustible 14 con la totalidad del
exceso de carburante.
Si no, se inicia la etapa de reparto e). De
acuerdo con este modo de realización de la invención, la unidad de
control electrónico 72 controla el reparto de la potencia eléctrica
P_{frein}^{+} proporcionada por el motor eléctrico 10 en las
diferentes zonas de almacenamiento de energía del vehículo 16, 76,
78, 80.
Después, si la capacidad instantánea de
almacenamiento C es siempre superior a cero, la unidad de control
electrónico 72 controla la alimentación de la pila de combustible 14
con la cantidad de carburante necesaria para recargar completamente
los almacenes de energía, siendo el resto del exceso de carburante
desviado directamente hacia el reformador 42 por mediación del
conducto de desviación 74 con el fin de ser quemado allí.
Si no, el exceso de carburante es desviado
totalmente hacia el reformador 42 por mediación del conducto de
desviación 74 con el fin de ser quemado allí.
Al final de un ciclo del procedimiento, todos
los valores son reinicializados a cero y el procedimiento es
reiterado hasta la parada total del vehículo.
De acuerdo con otro modo de realización no
representado de la invención, el exceso de carburante que es
desviado por el conducto de desviación 74, es conducido hasta un
depósito de almacenamiento temporal del carburante.
Claims (9)
1. Procedimiento de recuperación de la energía
eléctrica en un vehículo automóvil movido por al menos un motor
eléctrico (10), del tipo que comprende una pila de combustible (14)
que alimenta al motor eléctrico (10) y equipos eléctricos (68), y
que es alimentado de carburante, y particularmente de hidrógeno
(H_{2}), por mediación de un reformador (42) cuyo caudal de
carburante es controlado en función del consumo eléctrico
(P_{mot}^{-}) del motor eléctrico (10), y que produce
temporalmente un exceso de carburante cuando el consumo
(P_{mot}^{-}) del motor eléctrico (10) disminuye, y del tipo
que comprende medios de almacenamiento de energía (16, 76, 78,
80),
caracterizado porque comprende las etapas
siguientes:
- a) una etapa de equilibrio en el curso de la
cual la potencia eléctrica potencial (P_{pile}^{+}) que la pila
de combustible (14) es susceptible de proporcionar instantáneamente
es calculada en función del caudal de combustible producido por el
reformador (42), y en el curso de la cual se estiman las potencias
eléctricas consumidas instantáneamente (P_{mot}^{-},
P_{éq}^{-}) por el motor eléctrico (10) y por los equipos (68);
y
- b) una etapa de cálculo de la potencia
eléctrica excedentaria (P_{réc}) que es el resultado de la
diferencia entre la citada potencia eléctrica potencial
(P_{pile}^{+}) y la suma de las potencias eléctricas consumidas
estimadas (P_{mot}^{-} + P_{éq}^{-});
y
y
- c) una etapa de determinación de la capacidad
instantánea de almacenamiento (C) de potencia eléctrica de los
medios de almacenamiento (16, 76, 78, 80) que es iniciada cuando la
potencia eléctrica excedentaria (P_{réc}) es estrictamente
positiva;
- d) una etapa de almacenamiento que se inicia
cuando la capacidad instantánea de almacenamiento (C) es superior o
igual a la potencia eléctrica excedentaria (P_{réc}), en el curso
de la cual la pila de combustible (14) es alimentada por la
totalidad del exceso de carburante y en el curso de la cual la
potencia eléctrica excedentaria (P_{réc}) es almacenada en los
medios de almacenamiento (16, 76, 78, 80);
- e) una etapa de reparto del exceso de
carburante, que se inicia cuando la capacidad de almacenamiento (C)
es inferior a la potencia eléctrica excedentaria (P_{réc}), en el
curso de la cual la pila de combustible (14) es alimentada con una
porción del exceso de carburante suficiente para reconstituir los
almacenes de energía de los medios de almacenamiento (16, 76, 78,
80).
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación precedente, caracterizado porque comprende
entre la etapa de cálculo b) y la etapa de determinación c) una
etapa intermediaria de frenado recuperativo b') que se inicia
cuando la potencia eléctrica (P_{mot}^{-}) consumida por el
motor eléctrico (10) es nula, siendo entonces el motor eléctrico
susceptible de funcionar como generador de corriente eléctrica, y en
el curso de la cual se estima la potencia eléctrica (P_{frein})
susceptible de ser producida por el motor eléctrico (10), y es
después adicionada a la citada potencia eléctrica excedentaria
(P_{réc}).
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación precedente, caracterizado porque durante las
etapas de almacenamiento d) y de reparto e), la potencia eléctrica
(P_{frein}) producida por el motor eléctrico (10) es almacenada
en los medios de almacenamiento (16, 76, 78, 80) prioritariamente
con relación a la potencia excedentaria (P_{pile}^{+} -
P_{mot}^{-} - P_{éq}^{-}) producida por la pila de
combustible (14).
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la porción
restante del citado exceso de carburante es quemada.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la porción
restante del citado exceso de carburante es almacenada en un
depósito.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios
de almacenamiento comprenden baterías eléctricas (16).
7. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios
de almacenamiento comprenden un acumulador térmico (76) en el cual
la potencia eléctrica excedentaria (P_{réc}) es almacenada en
forma de energía calorífica por mediación de un dispositivo
frigorífico por compresión (82).
8. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios
de almacenamiento comprenden un recipiente (78, 80) que contiene un
fluido y en el cual la energía es almacenada en forma de energía
mecánica por mediación de una bomba (84, 86) que modifica la presión
del fluido.
9. Dispositivo de recuperación de la energía
eléctrica en un vehículo automóvil movido por al menos un motor
eléctrico (10), del tipo que comprende una pila de combustible (14)
que alimenta al motor eléctrico (10) y equipos eléctricos (68), y
que es alimentado de carburante, y particularmente de hidrógeno
(H_{2}), por mediación de un reformador (42) cuyo caudal de
carburante es controlado en función del consumo eléctrico
(P_{mot}^{-}) del motor eléctrico (10), y que produce
temporalmente un exceso de carburante cuando el consumo
(P_{mot}^{-}) del motor eléctrico (10) disminuye, y del tipo
que comprende medios de almacenamiento de energía (16, 76, 78, 80),
caracterizado porque determina la capacidad instantánea de
almacenamiento (C) de potencia eléctrica de los medios de
almacenamiento (16, 76,
78, 80).
78, 80).
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