FR2860105A1 - Systeme et procede de mise en oeuvre d'une pile a combustible d'un vehicule - Google Patents

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Abstract

Un système de contrôle d'un ensemble pile à combustible (2) est décrit. La pile à combustible comprenant un moyen de génération d'hydrogène (3) à partir d'un autre carburant (50) et d'un moyen de génération d'énergie électrique (4) à partir d'hydrogène et d'un comburant. La pile à combustible est prévue pour fournir une puissance électrique (6) au véhicule. Le système de contrôle (1) comprend un moyen (30) pour détecter une intention d'utiliser le véhicule et une unité de commande (1) apte à mettre en service la pile à combustible en réponse. L'unité de commande (1) prend la décision de mettre en service la pile à combustible (2) sur l'intention (30) d'utiliser le véhicule en prenant en compte au moins un paramètre environnemental (18) du véhicule.

Description

Système et procédé de mise en oeuvre d'une pile à combustible d'un
véhicule 5
La présente invention est relative au contrôle d'une pile à combustible dans un véhicule et en particulier un système et un procédé de mise en oeuvre d'une telle pile à combustible.
On connaît les piles à combustible utilisées dans des unités auxiliaires de puissance, souvent appelées APU ( Auxiliary Power Unit ) destinées à générer de la puissance électrique pour les équipements électriques d'un véhicule conventionnel. L'unité auxiliaire de puissance peut soit remplacer l'alternateur, soit être exclusivement destinée à de nouveaux équipements électriques comme, par exemple, une climatisation électrique en remplacement d'une climatisation mécanique.
La pile à combustible intégrée dans l'unité auxiliaire de puissance permet de générer de la puissance électrique à partir de l'hydrogène et l'oxygène contenu dans l'air. L'hydrogène peut être soit stocké à bord du véhicule dans un réservoir sous pression, soit produit par un procédé de reformage à partir du carburant du véhicule.
Dans le cas où l'hydrogène est produit par un procédé de reformage à partir du carburant du véhicule, il est nécessaire au préalable de porter le reformeur à sa température de fonctionnement. Cette température est de l'ordre de 600 C dans le cas du reformage de l'essence. La mise en température du reformeur, souvent assurée par un brûleur alimenté par le carburant du véhicule, est une opération dont la durée est de plusieurs minutes. Durant cette opération l'unité auxiliaire de puissance n'est pas opérationnelle ou fonctionne à un bas niveau d'énergie, c'est à dire qu'elle ne peut pas fournir de puissance électrique aux systèmes qu'elle doit normalement alimenter.
Une possibilité permettant de masquer partiellement la durée d'indisponibilité de l'unité auxiliaire de puissance au démarrage est de procéder par anticipation à la mise en température du reformeur de l'unité auxiliaire de puissance, afin que ce dernier soit disponible dès l'accès de l'utilisateur au véhicule. Une telle solution à déjà fait l'objet de la demande de brevet Renault FR 00-13337 dans le contexte d'une pile à combustible de traction. Ce brevet prévoyait l'anticipation de la mise en température du reformeur soit à l'initiative de l'utilisateur (par exemple par commande à distance, ou par pré-programmation), soit automatiquement (par exemple au déverrouillage du véhicule).
Cependant, l'anticipation automatique de la mise en température du reformeur pose un problème de consommation si aucun système alimenté par l'unité auxiliaire de puissance n'était par la suite activé. Typiquement, dans le cas d'une unité auxiliaire de puissance dédiée au confort thermique de l'habitacle (chauffage ou climatisation par exemple), cette anticipation entraîne une consommation importante en carburant lors du démarrage de l'unité auxiliaire de puissance et de son maintien en température, non justifiée de carburant dans le cas des températures ambiantes modérées.
Des contradictions peuvent apparaître entre la nécessité d'optimiser la consommation de l'unité auxiliaire de puissance et le masquage de son délai de démarrage. Soit la mise en température de la pile à combustible n'est effectuée qu'en cas d'activation d'un des systèmes qu'elle alimente, dans ce cas le système en question ne pourra pas être correctement alimenté durant la mise en température; soit la mise en température est automatique, par exemple au déverrouillage ou pour d'autres utilisations du véhicule, mais si par la suite aucun système alimenté par l'unité auxiliaire de puissance n'était activé, la consommation de carburant découlant de cette opération serait en pure perte.
Dans la demande de brevet US 2002 / 071972, un véhicule équipé d'une pile à combustible est en outre décrit de manière générale et aborde un ou plusieurs problèmes comme ceux décrits précédemment. Le brevet mentionné permet d'accélérer le démarrage du système pile à combustible. Par contre, il ne permet pas d'anticiper ce démarrage et ne résout donc pas le problème de l'indisponibilité de la pile à combustible durant son démarrage.
L'objet de la présente invention est de fournir un système et un procédé qui pourraient améliorer l'anticipation du démarrage de l'unité auxiliaire de puissance d'un véhicule.
La présente invention fournit un système de contrôle d'un ensemble pile à combustible, la pile à combustible comprenant un moyen de génération d'hydrogène à partir d'un autre carburant et d'un moyen de génération d'énergie électrique à partir dudit hydrogène et d'un comburant, ladite pile à combustible étant prévue pour fournir une puissance électrique audit véhicule, ledit système de contrôle comprenant un moyen pour détecter une intention d'utiliser ledit véhicule et une unité de commande apte à mettre en service ladite pile à combustible en réponse, caractérisé en ce que ladite unité de commande prend la décision de mettre en service la pile à combustible sur ladite intention d'utiliser ledit véhicule en prenant en compte au moins un paramètre environnemental du véhicule.
Un des avantages de la présente invention est de fournir une information supplémentaire à l'unité de commande pour prendre sa décision concernant le démarrage de la pile à combustible.
Ladite unité de commande peut prendre en compte ledit paramètre environnemental après avoir déterminé l'intention 30 d'utiliser ledit véhicule, de préférence seulement après.
Le signal (T ) indiquant le paramètre environnemental comprend un signal de la température ambiante.
Le signal (T ) de la température ambiante peut comprendre au moins l'une des deux températures ambiante intérieure ou extérieure au véhicule.
La pile à combustible peut être une unité auxiliaire de puissance dudit véhicule.
La mise en service de ladite pile à combustible peut consister en une mise en température d'un reformeur.
La présente invention fournit aussi dans un véhicule un procédé de contrôle d'une pile à combustible, de préférence une unité auxiliaire de puissance, le procédé opérant en déterminant une intention d'utilisation dudit véhicule, par exemple en recevant un signal de réveil de la pile à combustible; en déterminant un signal dudit paramètre environnemental dudit véhicule, de préférence comprenant un signal de la température ambiante, par exemple l'une des deux températures ambiantes intérieure ou extérieur au véhicule; et en prenant une décision sur la mise en service de la pile à combustible en prenant en compte ledit signal indiquant un paramètre environnemental, ladite mise en service de ladite pile à combustible consistant en une mise en température d'un reformeur.
Le procédé peut décider si l'unité de commande met en service la pile à combustible en fonction dudit paramètre environnemental du véhicule; en comparant le paramètre environnemental avec des niveaux prédéterminés; et en décidant si l'unité de commande met en service la pile à combustible ou non sur la base de ladite comparaison, par exemple sur la base d'une comparaison entre des valeurs détectées et une plage prédéfinie préférablement stockée dans l'unité de commande.
Le procédé peut changer manuellement ou automatiquement les niveaux utilisés dans la comparaison, par exemple manuellement par un utilisateur ou automatiquement par l'unité de commande par apprentissage.
Le procédé peut comprendre un lancement d'une temporisation à la mise en service de la pile à combustible, l'unité de commande annulant de préférence la mise en oeuvre de ladite pile à combustible si aucun système alimenté par ladite pile à combustible n'est encore activé à l'épuisement de cette temporisation.
La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par un dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est un diagramme schématique d'une pile à combustible dans un véhicule.
Le système qui va être décrit en référence à la figure 1, est destiné à être monté dans un véhicule automobile. Le système référencé 100 est apte à commander un ensemble pile à combustible 2, du genre comprenant une pile à combustible proprement dite, un reformeur 3 au moyen d'une liaison, par exemple un bus de communication, et un empilement des cellules de la pile à combustible 4. Le reformeur 3 permet de convertir le carburant, stocké dans le véhicule dans le réservoir 50, et est prévu dans le véhicule pour alimenter le système pile à combustible 2 en hydrogène par une conduite 5. Le système 100 constituant l'unité auxiliaire de puissance fournit en sortie l'énergie électrique par un câblage 6 relié à un ou plusieurs consommateurs 7. Le moteur 8 est alimenté par une batterie 9 et actionne un compresseur 10 qui fournit de l'air à l'empilement des cellules de la pile à combustible 4 et à un brûleur 13 respectivement par des conduites 11 et 12.
Une unité centrale, sous la forme d'un superviseur APU 1, comprend au moins un microprocesseur, au moins une mémoire, un bus de communication entre ces éléments, et au moins un logiciel de commande stocké dans la mémoire et apte à être exécuté par le microprocesseur. Le superviseur APU 1 est alimenté en permanence, de façon non représentée, au moins par les batteries 9, pour permettre la mise en service anticipée du système pile à combustible 2 à réception d'une information représentative de l'intention d'utiliser le véhicule.
Le brûleur 13 permet la mise en température du reformeur 3 et de l'empilement des cellules de la pile à combustible 4, respectivement à travers deux échangeurs thermiques 14 et 15. Ledit brûleur 13 est alimenté en carburant depuis le réservoir 50 par la conduite 16, en air depuis le compresseur 10 par la conduite 12 et en hydrogène excédentaire depuis l'empilement des cellules de la pile à combustible 4 par la conduite 17. Des échappements 32 sont prévus aux sorties respectives des échangeurs 14 et 15, et de l'empilement des cellules de la pile à combustible 4.
Le superviseur APU 1 reçoit des signaux des moyens détectant une intention d'utilisation ultérieure du véhicule par un utilisateur et le signal provenant d'un moyen détectant un paramètre environnemental du véhicule. Le signal provenant du moyen de détection du paramètre environnemental est de préférence les ou l'une des deux températures ambiantes intérieure ou extérieure au véhicule. Le signal provenant du moyen de détection du paramètre environnemental (T ) peut être fourni au superviseur APU 1 par un ou plusieurs capteurs de température 18 intérieurs ou extérieurs.
Dans un mode réalisation de l'invention, le moyen pour détecter une intention 30 de démarrage ultérieure, référencée par commodité Réveil APU , est un contacteur d'une porte de véhicule apte à détecter une ouverture de porte, un contacteur d'une serrure d'une porte de véhicule apte à détecter le déverrouillage de la serrure ou d'autre détecteurs ou contacteurs similaires ou équivalents.
Une originalité de la présente invention est le fait que la mise en température de la pile à combustible 2 dépend non seulement du signal Réveil APU 30 mais également de la température intérieure et/ou de la température extérieure.
Un premier exemple est développé avec les références particulières de la figure. Ainsi, un capteur fournit au superviseur APU 1 l'information Température habitacle .
La logique de fonctionnement est le suivante: Dès que le superviseur APU 1 a reçu l'ordre Réveil APU 30, il scrute l'information Température habitacle T .
Si la température de l'habitacle est située dans une plage prédéfinie, autrement dit supérieur à un seuil S1 et inférieure à un seuil S2 (avec S1 <S2), le superviseur APU 1 ne procède pas à la mise en température de la pile à combustible 2 en allumant le brûleur 13; la probabilité pour que l'utilisateur active le système de climatisation ou le système de chauffage habitacle alimenté par le système 100 étant faible. Par contre, en cas d'une demande d'activation du système 100 émanant directement de l'utilisateur (par exemple une commande dédiée intégrée à la télécommande ou au dispositif sans clef) ou d'activation par ce dernier d'un système alimenté par le système 100, le superviseur APU 1 procède à la mise en température de la pile à combustible 2 quelque soit la température T régnant dans l'habitacle.
Si la température T de l'habitacle est située en dehors de la plage précédemment mentionnée, le superviseur APU 1 procède automatiquement à la mise en température de la pile à combustible 2 en allumant le brûleur 13; la probabilité pour que l'utilisateur active un système alimenté par le système 100 étant forte.
Une temporisation est lancée au démarrage de la mise en température de la pile à combustible 2. Si aucun système alimenté par le système 100 n'est encore activé à l'épuisement de cette temporisation, alors le superviseur APU 1 procède à l'arrêt du système 100. Cela signifie que le reformeur 3 et l'empilement des cellules de la pile à combustible 4 ne seront pas maintenus à leur température de fonctionnement. Ceci permet d'éviter une consommation inutile de carburant si la mise en température de la pile à combustible 2 n'est pas suivie de l'activation d'un système alimenté par cette dernière.
Dans une variante de l'invention, la décision de l'activation du système 100 est prise non pas en fonction de la température intérieure du véhicule mais en fonction de la température extérieure du véhicule. Dans une autre variante de l'invention, la décision de l'activation du système 100 est prise en fonction des deux températures, l'importance donnée à l'une ou l'autre des températures pouvant être déterminée pour différentes situations.
Dans une variante de l'invention, les seuils de température S1 et S2 sont modifiables par l'utilisateur, par exemple par une commande manuelle reliée au superviseur APU 1.
Dans une variante de l'invention, les seuils de température S1 et S2 sont modifiés automatiquement par le superviseur APU 1 par apprentissage. Typiquement S2 peut être la température à laquelle l'utilisateur a activé la dernière fois la climatisation et S1 la température à laquelle l'utilisateur a activé la chauffage de l'habitacle.
Pendant la phase de mise en température du reformeur 3 et éventuellement de l'empilement des cellules de la pile à combustible 4, pour alimenter les systèmes dépendant du système 100, la solution permet d'éviter de puiser dans la batterie 9 du véhicule et d'entraîner une décharge trop importante de la batterie 9.
Un des avantages de la présente invention est de fournir une information supplémentaire à l'unité de commande pour prendre sa décision concernant le démarrage de la pile à combustible.
La solution permet en outre d'éviter d'implanter une autre batterie dédiée (non représentée) à l'alimentation de ces systèmes durant la mise en température du reformeur 3. Elle permet ainsi de réduire la complexité et le coût du système 100.
Une telle solution a l'avantage de ne pas maintenir la pile à combustible 2 en température durant le stationnement du véhicule et donc de diminuer significativement la consommation du système.
La solution présente ainsi un bon compromis entre la nécessité de masquer pour l'utilisateur la durée de la phase d'indisponibilité du système 100 et la nécessité de réduire la consommation de carburant découlant de la mise en température de la pile à combustible 2. Ceci est obtenu en améliorant la pertinence de la prise de décision pour cette mise en température.

Claims (10)

REVENDICATIONS 5
1. Système de contrôle d'un ensemble pile à combustible (2), la pile à combustible comprenant un moyen de génération d'hydrogène (3) à partir d'un autre carburant (50) et d'un moyen de génération d'énergie électrique (4) à partir dudit hydrogène et d'un comburant, ladite pile à combustible étant prévue pour fournir une puissance électrique (6) audit véhicule, ledit système de contrôle (1) comprenant un moyen (30) pour détecter une intention d'utiliser ledit véhicule et une unité de commande (1) apte à mettre en service ladite pile à combustible en réponse, caractérisé en ce que ladite unité de commande (1) prend la décision de mettre en service la pile à combustible (2) sur ladite intention (30) d'utiliser ledit véhicule en prenant en compte au moins un paramètre environnemental (18) du véhicule.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite unité de commande (1) prend en compte ledit paramètre environnemental (18) après avoir déterminé l'intention (30) d'utiliser ledit véhicule, de préférence seulement après.
3. Système selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal (T ) indiquant le paramètre environnemental comprend un signal de la température ambiante.
4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le signal (T ) de la température ambiante comprend au moins l'une des deux températures ambiante intérieure ou extérieure au véhicule.
5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pile à combustible (2) est une unité auxiliaire de puissance dudit véhicule.
6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mise en service de ladite pile à combustible (2) consiste en une mise en température d'un reformeur (3).
7. Dans un véhicule, procédé de contrôle d'une pile à combustible (2), de préférence une unité auxiliaire de puissance (100), le procédé opérant: en déterminant une intention (30) d'utilisation dudit véhicule, par exemple en recevant un signal de réveil de la pile à combustible; - en déterminant un signal dudit paramètre environnemental (18) dudit véhicule, de préférence comprenant un signal de la température ambiante, par exemple l'une des deux températures ambiantes intérieure ou extérieur au véhicule; et en prenant une décision sur la mise en service de la pile à combustible en prenant en compte ledit signal indiquant un paramètre environnemental, ladite mise en service de ladite pile à combustible consistant en une mise en température d'un reformeur (3).
8. Procédé selon la revendication 7, décidant si l'unité de commande (1) met en service la pile à combustible (2) en fonction dudit paramètre environnemental (T ) du véhicule; en comparant le paramètre environnemental avec des niveaux prédéterminés (Si, S2) ; et en décidant si l'unité de commande met en service la pile à combustible ou non sur la base de ladite comparaison, par exemple sur la base d'une comparaison entre des valeurs détectées et une plage prédéfinie préférablement stockée dans l'unité de commande.
9. Procédé selon la revendication 8, changeant manuellement ou automatiquement les niveaux utilisés dans la comparaison, par exemple manuellement par un utilisateur ou automatiquement par l'unité de commande (1) par apprentissage.
10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9 comprenant un lancement d'une temporisation à la mise en service de la pile à combustible (2), l'unité de commande (1) annulant de préférence la mise en oeuvre de ladite pile à combustible si aucun système alimenté par ladite pile à combustible n'est encore activé à l'épuisement de cette temporisation.
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