FR2863107A1 - Electricity production installation for motor vehicle, has two autonomous turbo compressors with respective compressors that supply compressed air to fuel reformer and fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif de gestion des alimentations en air d'un systèmeDevice for managing the air supply of a system
pile à combustible L'invention concerne les piles à combustible et plus particulièrement un dispositif de gestion des alimentations en air d'un système pile à combustible. The invention relates to fuel cells and more particularly to a device for managing the air supplies of a fuel cell system.
Les piles à combustible sont notamment utilisées pour fournir de l'énergie électrique nécessaire à la propulsion de véhicules automobiles. La pile à combustible est alors embarquée à bord du véhicule. Une pile à combustible est constituée principalement de deux électrodes, une anode et une ls cathode, qui sont séparées par un électrolyte. Ce type de pile permet la conversion directe en énergie électrique de l'énergie produite par les réactions d'oxydo-réduction suivantes - une réaction d'oxydation d'un combustible, ou carburant, qui alimente l'anode en continu; et - une réaction de réduction d'un comburant qui alimente la cathode en continu. Fuel cells are used in particular to provide electrical energy necessary for the propulsion of motor vehicles. The fuel cell is then embarked on board the vehicle. A fuel cell consists mainly of two electrodes, an anode and a cathode, which are separated by an electrolyte. This type of cell allows the direct conversion into electrical energy of the energy produced by the following oxidation-reduction reactions - an oxidation reaction of a fuel, or fuel, which feeds the anode continuously; and a reduction reaction of an oxidant which feeds the cathode continuously.
Les piles à combustible utilisées pour fournir de l'énergie électrique à bord de véhicules automobiles sont généralement du type à électrolyte solide, notamment à électrolyte formé par une membrane en polymère. Une telle pile utilise notamment de l'hydrogène (1-12) et de l'oxygène (02) en guise de combustible et de comburant respectivement. The fuel cells used to supply electrical energy in motor vehicles are generally of the solid electrolyte type, in particular with an electrolyte formed by a polymer membrane. Such a cell uses in particular hydrogen (1-12) and oxygen (02) as fuel and oxidant respectively.
Contrairement aux moteurs thermiques qui rejettent avec les gaz d'échappement une quantité non négligeable de 30 substances polluantes, la pile à combustible offre notamment l'avantage de rejeter principalement de l'eau qui est produite par la réaction de réduction à la cathode. Unlike thermal engines which discharge with the exhaust gas a significant amount of pollutants, the fuel cell offers the particular advantage of mainly reject water that is produced by the reduction reaction at the cathode.
La pile rejette aussi une partie du comburant qui n'a pas réagi sous forme de gaz d'évacuation cathodique et elle rejette éventuellement une partie du carburant qui n'a pas réagi sous forme de gaz d'évacuation anodique. Dans ce dernier cas, le carburant est généralement brûlé avant d'être rejeté dans l'atmosphère sous forme de vapeur d'eau. The cell also rejects a portion of the unreacted oxidant as cathodic evacuation gas and eventually rejects a portion of the unreacted fuel as anode exhaust gas. In the latter case, the fuel is usually burned before being released into the atmosphere as water vapor.
L'unité auxiliaire de puissance, souvent appelée APU ( Auxiliary Power Unit ), est une application de la pile à combustible destinée à générer de la puissance électrique pour io 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. The auxiliary power unit, often referred to as the Auxiliary Power Unit (APU), is an application of the fuel cell for generating electrical power for the electrical equipment of a conventional vehicle. The auxiliary power unit can either replace the alternator or be exclusively intended for new electrical equipment such as an electric air conditioning instead of a mechanical air conditioning.
Dans un véhicule classique utilisant un moteur à combustion interne pour générer la puissance mécanique nécessaire à l'avancement du véhicule, il est intéressant d'ajouter un système pile à combustible de type unité auxiliaire de puissance qui génère une puissance électrique importante, de l'ordre de quelques kilowatts, utile pour répondre aux besoins de puissance électrique toujours croissants dans les véhicules. Le système pile à combustible avec reformage est destiné à générer la puissance électrique pour alimenter le moteur de traction d'un véhicule et est constitué des éléments suivants: - une pile permettant de générer de la puissance électrique à partir de l'hydrogène fourni par le reformeur à l'anode et de l'oxygène de l'air à la cathode; - un système reformeur composé d'une ligne de reformage, appelée reformeur, permettant de générer un gaz riche en hydrogène pour alimenter l'anode de la pile à partir d'un carburant, par exemple de l'essence, du méthanol ou tout carburant équivalent, et un brûleur permettant de récupérer l'énergie de l'hydrogène non consommé par la pile dans une combustion en présence d'air; - un système d'alimentation du système reformeur et de la pile en air comprimé incluant la fonction compression et sa motorisation, par exemple un moteur électrique, une turbine ou tout système motorisé équivalent; - un ensemble d'équipements auxiliaires tels que, par exemple, un piège à eau et un circuit de refroidissement. In a conventional vehicle using an internal combustion engine to generate the mechanical power necessary for the advancement of the vehicle, it is advantageous to add a fuel cell auxiliary power unit type system which generates a significant electrical power, the order of a few kilowatts, useful for meeting ever increasing electrical power requirements in vehicles. The fuel cell system with reforming is intended to generate the electrical power for supplying the traction motor of a vehicle and consists of the following elements: - a battery for generating electric power from the hydrogen supplied by the reformer at the anode and oxygen from the air at the cathode; a reformer system consisting of a reforming line, called a reformer, making it possible to generate a hydrogen-rich gas for feeding the anode of the cell from a fuel, for example gasoline, methanol or any fuel; equivalent, and a burner for recovering the energy of hydrogen not consumed by the battery in a combustion in the presence of air; a feed system for the reformer system and the compressed air cell including the compression function and its motorization, for example an electric motor, a turbine or any equivalent motorized system; a set of auxiliary equipment such as, for example, a water trap and a cooling circuit.
La pile à combustible est le seul générateur d'électricité du système. Cependant la totalité de cette énergie produite n'est pas utilisée par les applications, telles que la traction ou les io unités auxiliaires de puissance, pour lesquelles de l'énergie électrique est produite. En effet, un certain nombre d'équipements auxiliaires prélève une partie de cette puissance pour son fonctionnement. L'un des plus gros consommateurs d'énergie électrique du système est, par exemple, le système d'alimentation en air. Par conséquent, afin de ne pas détériorer le rendement du système, il est indispensable de trouver une architecture de groupe de compression d'air qui minimise cette consommation électrique tout en fournissant au système pile à combustible de l'air comprimé à la pression de fonctionnement et ceci sur la plus grande plage de débit possible. The fuel cell is the only generator of electricity in the system. However, not all of this generated energy is used by applications, such as traction or auxiliary power units, for which electrical energy is produced. Indeed, a number of auxiliary equipment takes some of this power for its operation. One of the largest consumers of electrical energy in the system is, for example, the air supply system. Therefore, in order not to degrade system performance, it is essential to find an air compression group architecture that minimizes this power consumption while providing the fuel cell system with compressed air at operating pressure. and this on the largest possible flow rate range.
Le document WO-0239514 propose l'architecture et le fonctionnement d'un système pile à combustible complet intégrant un système de compression d'air et de récupération d'énergie utilisant trois composants: un compresseur et deux turbines. WO-0239514 proposes the architecture and operation of a complete fuel cell system incorporating an air compression and energy recovery system using three components: a compressor and two turbines.
Le document US-3982962 présente une architecture de système pile à combustible intégrant un turbocompresseur et une turbine. Le turbocompresseur fournit l'air comprimé au système et est entraîné par la turbine qui détend les gaz d'échappement anodique. Une seconde turbine transforme l'énergie des gaz cathodiques en énergie électrique grâce à un alternateur. US-3982962 discloses a fuel cell system architecture incorporating a turbocharger and a turbine. The turbocharger delivers the compressed air to the system and is driven by the turbine that expands the anode exhaust. A second turbine converts the energy of cathodic gases into electrical energy thanks to an alternator.
Le problème de ces architectures réside dans la consommation importante d'énergie électrique et dans la détérioration du rendement. The problem of these architectures lies in the high consumption of electrical energy and in the deterioration of the yield.
L'objet de la présente invention est de fournir un dispositif de gestion des alimentations en air d'un système pile à combustible amélioré. The object of the present invention is to provide an air supply management device of an improved fuel cell system.
La présent invention fournit une installation de production d'électricité à bord d'un véhicule automobile, du type comprenant une 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 lo une puissance électrique audit véhicule, et comportant un système pour comprimer l'air nécessaire aux différents composants du système, caractérisée en ce que ledit système de compression comporte deux turbocompresseurs sensiblement autonomes chacun alimentant un élément séparé du système pile à combustible et chacun des compresseurs respectifs desdits turbocompresseurs étant alimentés en air déjà comprimé par un moyen séparé de compression d'air. The present invention provides an onboard power generation plant of the type comprising a fuel cell comprising means for generating hydrogen from another fuel and a means for generating electricity. electrical energy from said hydrogen and an oxidant, said fuel cell being provided to provide electric power to said vehicle, and having a system for compressing the air required for the various components of the system, characterized in that said system of compression comprises two substantially autonomous turbochargers each supplying a separate element of the fuel cell system and each of the respective compressors of said turbochargers being supplied with air already compressed by a separate means of air compression.
Un avantage de la présente invention est de minimiser la consommation en proposant une architecture de système de compression optimisé qui permet d'obtenir une faible consommation de la partie compression. Une telle architecture permet de récupérer un maximum d'énergie sur la partie turbine et de réduire l'encombrement ainsi que les coûts de production. An advantage of the present invention is to minimize the consumption by proposing an optimized compression system architecture which makes it possible to obtain a low consumption of the compression part. Such an architecture makes it possible to recover a maximum of energy on the turbine part and to reduce the bulk as well as the production costs.
Selon une autre caractéristique de l'invention: un moyen séparé de compression d'air comporte un compresseur entraîné par un moteur de préférence électrique; - un premier desdits turbocompresseurs alimente en air comprimé un système reformeur de ladite pile à combustible, de préférence uniquement ledit reformeur; - une turbine dudit premier turbocompresseur est entraînée par les gaz d'échappement issus du brûleur de ladite pile à combustible, de préférence régulée par une vanne; - un second desdits turbocompresseurs alimente en air comprimé le circuit cathodique de ladite pile à combustible, de préférence uniquement ledit circuit cathodique; - une turbine dudit second turbocompresseur est entraînée par 5 les gaz d'échappement issus du circuit cathodique de ladite pile à combustible, de préférence régulée par une vanne; - chacune des turbines desdits turbocompresseurs est entraîné par un mélange des gaz d'échappement issus du brûleur et du circuit anodique; io - chacune des turbines desdits turbocompresseurs est entraîné par deux flux de gaz d'échappement séparés issus l'un du circuit anodique, de préférence du brûleur, et l'autre du circuit cathodique; - une turbine entraînant le compresseur alimentant le système reformeur est entraîné par les gaz d'échappement du circuit anodique, de préférence du brûleur, et la turbine entraînant le compresseur alimentant le circuit cathodique est entraîné par les gaz d'échappement du circuit cathodique - l'installation comporte en plus un système de commande du système de compression pour réguler la distribution et la pression de l'air comprimer pour chaque étage de compression. According to another characteristic of the invention: a separate means of air compression comprises a compressor driven by a preferably electric motor; a first of said turbochargers supplies compressed air to a reformer system of said fuel cell, preferably only said reformer; - A turbine of said first turbocharger is driven by the exhaust gas from the burner of said fuel cell, preferably controlled by a valve; a second of said turbochargers supplies compressed air to the cathode circuit of said fuel cell, preferably only said cathode circuit; a turbine of said second turbocharger is driven by the exhaust gases from the cathode circuit of said fuel cell, preferably regulated by a valve; each of the turbines of said turbochargers is driven by a mixture of the exhaust gases from the burner and the anode circuit; io - each of the turbines of said turbochargers is driven by two separate exhaust gas streams from one of the anode circuit, preferably the burner, and the other of the cathode circuit; a turbine driving the compressor supplying the reformer system is driven by the exhaust gases of the anode circuit, preferably the burner, and the turbine driving the compressor supplying the cathode circuit is driven by the exhaust gases of the cathode circuit; The installation further includes a control system of the compression system for regulating the distribution and pressure of the compressed air for each compression stage.
L'invention s'applique en outre à un procédé de production d'électricité à bord d'un véhicule automobile, le procédé opérant en comprimant, de façon sensiblement autonome, l'air nécessaire au moins à deux éléments du système pile à combustible utilisant deux turbocompresseurs; et en alimentant les compresseurs respectifs desdits turbocompresseurs en air déjà comprimé par un moyen séparé de compression d'air. The invention is also applicable to a method of producing electricity on board a motor vehicle, the method operating by compressing, in a substantially autonomous manner, the air required for at least two elements of the fuel cell system using two turbochargers; and supplying the respective compressors of said turbochargers with air already compressed by a separate means of air compression.
Le procédé opérant de plus en entraînant chacune des turbines par des circuits d'échappement sensiblement indépendants, par exemple l'échappement du brûleur pour le première desdites turbines et l'échappement du circuit cathodique pour la deuxième desdites turbines. The further operating method driving each of the turbines by substantially independent exhaust circuits, for example the exhaust of the burner for the first of said turbines and the escape of the cathode circuit for the second of said turbines.
La présente invention s'applique aussi à un véhicule comprenant une telle installation de production d'électricité ou utilisant un tel procédé. The present invention also applies to a vehicle comprising such a power generation facility or using such a method.
Cette architecture à plusieurs avantages comparée aux architectures de système d'air actuelles. D'abord, cette architecture permet de découpler les alimentations en air des deux composants consommateurs d'air comprimé et ainsi permet une plus grande flexibilité dans la commande du système complet. This architecture has several advantages compared to current air system architectures. Firstly, this architecture makes it possible to decouple the air supplies of the two components consuming compressed air and thus allows a greater flexibility in the control of the complete system.
io D'autre part elle permet de diminuer la consommation électrique nécessaire à la compression de l'air en optimisant la récupération d'énergie sur les turbines qui sont dimensionnées sur des plages de fonctionnement en débit et en température d'entrée plus étroites. On the other hand, it makes it possible to reduce the power consumption necessary for the compression of the air by optimizing the energy recovery on the turbines which are dimensioned over narrower flow and inlet temperature operating ranges.
De plus, la présente invention s'affranchit ainsi de la différence de temps de réponse des circuits fluides anodique et cathodique. En effet, dans le cas d'une alimentation et d'une récupération d'air unique du système reformeur et de la pile, il peut y avoir une différence de temps de réponse de ces deux composants, ce qui se répercute sur la turbine. In addition, the present invention is thus freed from the difference in response time of the anode and cathode fluid circuits. Indeed, in the case of a single air supply and recovery of the reformer system and the battery, there may be a difference in response time of these two components, which affects the turbine.
La présente invention sera mieux comprise à travers l'étude d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de l'installation où les gaz anodique et cathodique en sortie de pile sont mélangés et ensuite redistribué en fonction des besoins sur les deux turbines; - la figure 2 est une vue schématique où le flux anodique est détendu dans la turbine reliée au compresseur alimentant le système reformeur (qui alimente en hydrogène l'anode de la pile), le flux cathodique étant détendu dans la turbine entraînant le compresseur qui alimente en air la cathode. The present invention will be better understood through the study of an embodiment taken by way of nonlimiting example and illustrated by the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a schematic view of the installation where the gases anodic and cathodic output stack are mixed and then redistributed as needed on both turbines; - Figure 2 is a schematic view where the anode flow is expanded in the turbine connected to the compressor supplying the reformer system (which supplies hydrogen to the anode of the battery), the cathode stream being expanded in the turbine driving the compressor that feeds in air the cathode.
La figure 1 présente une installation de production d'électricité comprenant: - un calculateur, non représenté, pour l'ensemble du système; - un système pile à combustible 1 comprenant un reformeur 2 de carburant permettant de transformer le carburant liquide en un reformât riche en hydrogène pour alimenter la pile côté anode et une pile à combustible 3 qui transforme l'hydrogène avec de l'air en une puissance électrique; - un brûleur 4 en sortie de pile brûlant les gaz anodiques; - un circuit de refroidissement, non représenté, qui permet io d'évacuer la puissance thermique issue de la condensation; - un circuit d'eau, non représenté, incluant un réservoir d'eau liquide; - un système d'air 5 permettant de comprimer l'air nécessaire pour le fonctionnement du système et de valoriser l'énergie des gaz d'échappement. Afin d'assurer le niveau de pression maximale lié aux pires conditions de fonctionnement en terme de récupération d'eau liquide (dans le cas d'une température extérieure élevée) . Ce système d'air comprend deux étages de compression: un premier étage de compression 6 associé à un moteur électrique 7, et un second étage 8 composé de deux turbocompresseurs autonomes 9 et 10; - un ensemble de vannes 11 de régulation permettant de réguler les débits dans les différentes lignes fluides ou de bypasser un ou plusieurs composants en fonctions des conditions de fonctionnement. FIG. 1 shows a power generation installation comprising: a calculator, not shown, for the entire system; a fuel cell system 1 comprising a fuel reformer 2 for transforming the liquid fuel into a hydrogen rich reformate for supplying the anode-side battery and a fuel cell 3 which converts the hydrogen with air into a power electric; a burner 4 at the stack outlet burning the anode gases; a cooling circuit, not shown, which makes it possible to evacuate the thermal power resulting from the condensation; a water circuit, not shown, including a liquid water tank; an air system 5 for compressing the air necessary for the operation of the system and for recovering the energy of the exhaust gases. In order to ensure the maximum pressure level related to the worst operating conditions in terms of liquid water recovery (in the case of a high outside temperature). This air system comprises two compression stages: a first compression stage 6 associated with an electric motor 7, and a second stage 8 composed of two autonomous turbochargers 9 and 10; a set of control valves 11 making it possible to regulate the flow rates in the various fluid lines or to bypass one or more components according to the operating conditions.
Dans l'architecture du système, un groupe de compression alimente en air comprimé le système reformeur 2 comprenant le brûleur et la ligne de reformage (par exemple, le réacteur principal de type oxydation sélective ou auto thermal et les étapes de purification de type oxydation préférentielle), et la cathode de la pile 3. In the architecture of the system, a compression unit supplies compressed air to the reformer system 2 comprising the burner and the reforming line (for example, the main reactor of the selective or auto-thermal oxidation type and the preferential oxidation-type purification steps). ), and the cathode of the battery 3.
Cependant, ces deux composants, pile 3 et système reformeur 2, ne sont pas forcement alimentés par des flux ayant un même débit et surtout une même pression de fonctionnement. However, these two components, battery 3 and reformer system 2, are not necessarily powered by flows having the same flow rate and especially the same operating pressure.
En effet, pour assurer les performances et la durabilité de la pile, il est nécessaire de limiter la différence des pressions en entrée anode et cathode. Pour ce faire, on alimente le système reformeur et la cathode par de l'air à des pressions différentes afin de compenser la perte de charge (de pression) engendrée dans la ligne de reformage. Indeed, to ensure the performance and durability of the battery, it is necessary to limit the difference in anode and cathode input pressures. For this purpose, the reformer system and the cathode are supplied with air at different pressures in order to compensate for the loss of pressure (pressure) generated in the reforming line.
Or le débit d'air nécessaire à l'ensemble du système est dans une première étape comprimé à une pression cible par un système de compression 6, composé d'un ou de plusieurs lo compresseurs et de la motorisation associée. Ce flux principal est ensuite réparti, grâce à une vanne 11, entre le système reformeur 2 et la cathode de la pile 3, et les pressions de chacun sont adaptées. Or the air flow required for the entire system is in a first step compressed to a target pressure by a compression system 6, consisting of one or more lo compressors and the associated motor. This main flow is then distributed, through a valve 11, between the reformer system 2 and the cathode of the cell 3, and the pressures of each are adapted.
Le système pile à combustible 1 a besoin d'air comprimé pour fonctionner. D'une part de l'air est envoyé à la cathode de la pile à combustible 3 pour permettre la réaction électrochimique: H2 + Y2 02 H2O + puissance électrique, et d'autre part de l'air est envoyé au système reformeur 2 pour les différents étages de conversion du carburant en hydrogène et pour la purification du réformant en monoxyde de carbone. The fuel cell system 1 needs compressed air to operate. On the one hand air is sent to the cathode of the fuel cell 3 to allow the electrochemical reaction: H2 + Y2 02 H2O + electric power, and on the other hand air is sent to the reformer system 2 for the different stages of conversion of the fuel into hydrogen and for the purification of the reforming agent into carbon monoxide.
Le but de cette invention est d'une part de séparer l'alimentation d'air pour ces deux composants (pile 3 et reformeur 2) afin de simplifier le contrôle commande du système complet et d'autre part d'optimiser la récupération d'énergie dans les gaz d'échappement pour diminuer l'énergie consommée par la compression, et ainsi augmenter le rendement du système complet. The purpose of this invention is firstly to separate the air supply for these two components (stack 3 and reformer 2) in order to simplify the control command of the complete system and secondly to optimize the recovery of energy in the exhaust gas to reduce the energy consumed by the compression, and thus increase the efficiency of the complete system.
Cette invention décrit une architecture particulière du système d'alimentation d'air et de valorisation des gaz. Elle est 30 composée d'un double étage de compression 6 et 8: - Le premier étage de compression 6 est composé d'un compresseur 12 couplé à un moteur électrique 7. This invention describes a particular architecture of the air supply system and gas recovery. It is composed of a double compression stage 6 and 8: the first compression stage 6 is composed of a compressor 12 coupled to an electric motor 7.
- Le second étage de compression 8 se compose de deux turbocompresseurs 9 et 10 autonomes (non motorisés électriquement) en parallèle. - The second compression stage 8 consists of two turbochargers 9 and 10 autonomous (non-electrically powered) in parallel.
Le premier turbocompresseur 9 permet d'alimenter en air comprimé le système reformeur 2 à l'étape de conversion du carburant en hydrogène et de purification du monoxyde de carbone. Suivant les architectures présentées dans le cadre de cette invention, l'énergie nécessaire est apportée soit par la totalité des flux anodiques uniquement, soit par une partie du mélange des gaz anodique et cathodique. Sur le circuit anodique, la température du flux en sortie est plus élevée que sur le circuit io cathodique, du fait de la présence du brûleur 4. Cette énergie thermique supplémentaire est récupérée sur la turbine et permet de fournir une pression en sortie du compresseur anodique supérieure a celle du circuit cathodique. Cette surpression permet de vaincre la perte de charge du système reformeur 2 de is quelques dizaines de kPa, afin d'obtenir l'égalité des pressions entre l'anode et la cathode de la pile 3. The first turbocharger 9 supplies compressed air to the reformer system 2 in the step of converting fuel into hydrogen and purifying carbon monoxide. According to the architectures presented in the context of this invention, the energy required is provided either by the totality of the anode flows only, or by a part of the mixture of the anode and cathode gases. On the anode circuit, the temperature of the outlet flow is higher than on the cathode circuit, because of the presence of the burner 4. This additional thermal energy is recovered on the turbine and makes it possible to supply a pressure at the outlet of the anode compressor. greater than that of the cathode circuit. This overpressure makes it possible to overcome the pressure drop of the reformer system 2 by a few tens of kPa, in order to obtain equal pressures between the anode and the cathode of the cell 3.
Le second turbocompresseur 10 permet d'alimenter en air comprimé la cathode de la pile à combustible 3 où il se produit une réaction électrochimique de l'oxygène de l'air avec l'hydrogène produit par le système reformeur 2 pour fournir de l'eau et de l'énergie électrique. Suivant les architectures présentées dans le cadre de cette invention, l'énergie nécessaire est apportée soit par la totalité des flux cathodiques uniquement, soit par une partie du mélange des gaz anodique et cathodique. The second turbocharger 10 supplies compressed air to the cathode of the fuel cell 3, where an electrochemical reaction of the oxygen of the air occurs with the hydrogen produced by the reformer system 2 to supply water. and electrical energy. According to the architectures presented in the context of this invention, the necessary energy is provided either by the totality of the cathode streams only, or by part of the mixture of the anode and cathode gases.
Grâce à une telle invention, la consommation électrique du système de compression reste limitée sur toute la plage de fonctionnement et permet de maximiser le rendement du système pile. i0 With such an invention, the power consumption of the compression system remains limited over the entire operating range and maximizes the efficiency of the battery system. i0
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2883102A1 (en) * | 2005-03-11 | 2006-09-15 | Renault Sas | Electricity production installation for motor vehicle, has air compression system controlled by control unit managing supply of air to fuel cell, and including autonomous compression stages used over reduced operating ranges |
FR2915319A1 (en) * | 2007-04-20 | 2008-10-24 | Renault Sas | Temperature setting device for motor vehicle, has electronic control unit comprising control unit for controlling rotation speed of electric motor and controlling control valve, where electric motor is driven by inlet compressor |
CN106945560A (en) * | 2017-04-14 | 2017-07-14 | 吉林大学 | A kind of fuel-cell vehicle gas extraction system energy regenerating structure |
CN111180759A (en) * | 2018-11-12 | 2020-05-19 | 势加透博(北京)科技有限公司 | Multi-stack parallel fuel cell air supply system and control method thereof |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3982962A (en) * | 1975-02-12 | 1976-09-28 | United Technologies Corporation | Pressurized fuel cell power plant with steam powered compressor |
EP0270101A1 (en) * | 1986-12-03 | 1988-06-08 | International Fuel Cells Corporation | Pressurized fuel cell system |
US4923768A (en) * | 1988-08-22 | 1990-05-08 | Fuji Electric Co., Ltd. | Fuel cell power generation system |
US6306532B1 (en) * | 1998-05-31 | 2001-10-23 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Vehicular mountable fuel cell system |
WO2002039514A2 (en) * | 2000-11-13 | 2002-05-16 | Honeywell International Inc. | A three-wheel air turbocompressor for pem fuel cell systems |
US6528193B1 (en) * | 1999-02-22 | 2003-03-04 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
-
2003
- 2003-12-02 FR FR0314127A patent/FR2863107B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3982962A (en) * | 1975-02-12 | 1976-09-28 | United Technologies Corporation | Pressurized fuel cell power plant with steam powered compressor |
EP0270101A1 (en) * | 1986-12-03 | 1988-06-08 | International Fuel Cells Corporation | Pressurized fuel cell system |
US4923768A (en) * | 1988-08-22 | 1990-05-08 | Fuji Electric Co., Ltd. | Fuel cell power generation system |
US6306532B1 (en) * | 1998-05-31 | 2001-10-23 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Vehicular mountable fuel cell system |
US6528193B1 (en) * | 1999-02-22 | 2003-03-04 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Fuel cell system |
WO2002039514A2 (en) * | 2000-11-13 | 2002-05-16 | Honeywell International Inc. | A three-wheel air turbocompressor for pem fuel cell systems |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2883102A1 (en) * | 2005-03-11 | 2006-09-15 | Renault Sas | Electricity production installation for motor vehicle, has air compression system controlled by control unit managing supply of air to fuel cell, and including autonomous compression stages used over reduced operating ranges |
FR2915319A1 (en) * | 2007-04-20 | 2008-10-24 | Renault Sas | Temperature setting device for motor vehicle, has electronic control unit comprising control unit for controlling rotation speed of electric motor and controlling control valve, where electric motor is driven by inlet compressor |
CN106945560A (en) * | 2017-04-14 | 2017-07-14 | 吉林大学 | A kind of fuel-cell vehicle gas extraction system energy regenerating structure |
CN106945560B (en) * | 2017-04-14 | 2023-08-15 | 吉林大学 | Energy recovery structure of exhaust system of fuel cell vehicle |
CN111180759A (en) * | 2018-11-12 | 2020-05-19 | 势加透博(北京)科技有限公司 | Multi-stack parallel fuel cell air supply system and control method thereof |
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