FR2871945A1 - Systeme de pile a combustible avec reformage et procede de commande associe - Google Patents

Systeme de pile a combustible avec reformage et procede de commande associe Download PDF

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Richard Frederic Balmy
Patrick Rene Beguery
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Abstract

Système de pile à combustible pour l'alimentation en énergie électrique d'un moteur électrique de traction d'un véhicule, comprenant un dispositif reformeur 9 capable de générer un gaz riche en hydrogène à partir d'un carburant stocké à bord du véhicule et de vapeur d'eau, un brûleur 10 alimenté en gaz riche en hydrogène et en air pour transformer en vapeur d'eau de l'eau stockée à bord du véhicule et produite dans le système et une pile à combustible 22 alimentée en air et en gaz riche en hydrogène produit par le dispositif reformeur, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif de réservoir thermique 48 capable d'accumuler sous forme de chaleur l'excès d'énergie produit par le dispositif reformeur dans certaines configurations de fonctionnement et un moyen de commande 55 pour déclencher, lors d'une autre configuration de fonctionnement, la production de vapeur d'eau supplémentaire par utilisation de la chaleur accumulée dans le réservoir thermique.

Description

Système de pile à combustible avec reformage et procédé de commande
associé.
La présente invention a pour objet un système de pile à combustible, notamment pour l'alimentation en énergie électrique d'un moteur de traction de véhicule, du type comprenant un dispositif reformeur capable de générer un gaz riche en hydrogène.
Un tel système de pile à combustible avec reformage comprend généralement un dispositif reformeur alimenté en vapeur d'eau et en carburant stocké à bord du véhicule, par exemple de l'essence ou du méthanol. La pile à combustible est alimentée en air et en gaz riche en hydrogène produit par le dispositif reformeur. Le système est complété par un ensemble d'équipements auxiliaires comprenant par exemple un compresseur pour l'air d'alimentation muni d'un circuit de refroidissement, un ou plusieurs échangeurs de chaleur, ainsi que des dispositifs de purification des gaz produits par le dispositif reformeur. Cet ensemble forme ce qu'on appelle généralement le module de puissance, dans la mesure où il génère l'énergie électrique nécessaire à l'alimentation en énergie du moteur électrique dont le véhicule est équipé.
On constate que lors du fonctionnement d'un tel module de puissance, une énergie thermique non utilisée est susceptible d'être produite, en particulier lors de certaines phases de fonctionnement. Il a déjà été imaginé de récupérer cette énergie thermique pour différentes utilisations.
C'est ainsi que la demande de brevet WO 01/50541 (IDATECH) prévoit de récupérer un excès d'énergie thermique produite par le brûleur catalytique qui équipe le dispositif reformeur ou encore la chaleur émise par la pile à combustible elle-même pour une utilisation de chauffage à l'extérieur du système de pile à combustible, par exemple pour alimenter un ballon d'eau chaude d'un chauffe-eau électrique dans un bâtiment proche du système de pile à combustible.
Dans la demande de brevet US 2001/8718 (Inventeur: Kobayashi cédé à Nissan), il est prévu d'utiliser l'excès de gaz riche en hydrogène à la sortie de la pile à combustible dans un brûleur catalytique associé au reformeur. L'excès d'hydrogène entraîne une augmentation de la réaction de reformage. Différents capteurs de température et de pression permettent de déterminer l'excès d'hydrogène produit par rapport à la quantité d'hydrogène que le brûleur est capable d'utiliser. L'énergie électrique en excès qui en résulte est alors stockée dans la batterie du véhicule par l'intermédiaire d'un régulateur d'énergie électrique. Ce document prévoit ainsi essentiellement de récupérer l'énergie électrique qui peut être obtenue à partir de l'hydrogène restant dans les canalisations après qu'une commande d'arrêt de fourniture d'énergie ait été reçue par le système, en provenance par exemple du conducteur du véhicule. Rien n'est cependant prévu pour le cas où la batterie serait déjà à pleine charge. Dans ce cas, l'énergie récupérée sera donc perdue. Bien que la batterie du véhicule, éventuellement rechargée par l'excès d'énergie provenant de la récupération de l'hydrogène restant, puisse être utilisée par la suite pour fournir de l'énergie électrique en complément au moteur électrique du véhicule, il n'est nullement envisagé et il ne serait d'ailleurs pas possible, de compenser un manque de dynamique du module de puissance, c'est-à-dire de fournir quelques dizaines de kilowatts supplémentaires pendant quelques secondes, sauf à prévoir une batterie de taille trop importante pour permettre son intégration dans le véhicule.
Dans la demande de brevet allemand DE 100 21 182 (RIEDL), est décrit un modèle de puissance utilisant une pile à combustible et comprenant en outre une pompe mécanique recevant une partie des gaz issus de la pile à combustible de façon à utiliser l'énergie résiduelle produite par ces gaz. L'énergie mécanique qui en résulte peut alors être utilisée d'une manière appropriée.
L'état de la technique comprend donc des systèmes permettant de récupérer l'énergie résiduelle générée par un module de puissance comprenant une pile à combustible. Toutefois, aucun des systèmes connus ne permet ni n'envisage une accélération de la montée en puissance du dispositif reformeur.
La présente invention a pour objet d'accélérer la dynamique de fonctionnement d'un dispositif reformeur utilisé dans un module de puissance comportant une pile à combustible de façon à accélérer la montée en puissance du reformeur, en particulier dans un module de puissance équipant un véhicule automobile et comportant un reformeur alimenté en vapeur d'eau.
Il a en effet été constaté que les systèmes reformeur embarqués sur les véhicules automobiles présentaient différents inconvénients. Le module de puissance doit pouvoir fournir la puissance nécessaire pour répondre aux souhaits du conducteur et suivre en permanence la valeur d'énergie demandée. La plupart du temps, le module de puissance est capable de répondre à la demande de puissance qui lui est faite. Toutefois, pendant certaines phases de fonctionnement, on constate que le module de puissance n'est pas capable de répondre correctement à cette demande de puissance. Ces phases correspondent en particulier à des changements du point de fonctionnement du module de puissance, changements qui se font trop rapidement par rapport à la dynamique lente du reformeur.
Or, il a été constaté qu'une des raisons principales de cette dynamique lente est la difficulté à obtenir un débit de vapeur d'eau suffisant dans les phases transitoires rapides. Lorsque la puissance demandée au module de puissance augmente de façon transitoire, l'augmentation de la quantité de vapeur d'eau à l'entrée du reformeur nécessaire à l'obtention de la quantité d'hydrogène correspondante pour répondre à l'énergie électrique demandée, ne peut pas être obtenue correctement pour plusieurs raisons.
Tout d'abord, la création d'une quantité de vapeur d'eau supplémentaire nécessite un certain temps compte tenu des différentes inerties thermiques de l'ensemble des éléments du système.
De plus, en dehors de toute inertie thermique, l'évaporation de l'eau pour la création de vapeur d'eau étant assurée principalement par la combustion de l'hydrogène non consommé dans la pile à combustible, on constate lors d'une phase transitoire rapide, que la quantité d'hydrogène disponible n'est pas suffisante pour obtenir directement le débit de vapeur désiré en raison de la durée de propagation des gaz.
L'utilisation d'un réservoir de vapeur d'eau de grande dimension permettrait, bien entendu, de résoudre les difficultés mentionnées cidessus. Toutefois, une telle solution nécessiterait d'occuper un volume important qui n'est généralement pas disponible dans un véhicule automobile.
La présente invention permet de résoudre ces différents problèmes.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le système de pile à combustible pour l'alimentation en énergie électrique d'un moteur électrique de traction d'un véhicule, comprend un dispositif reformeur capable de générer un gaz riche en hydrogène à partir d'un carburant stocké à bord du véhicule et de vapeur d'eau, un brûleur alimenté en gaz riche en hydrogène et en air pour transformer en vapeur d'eau de l'eau stockée à bord du véhicule et produite dans le système et une pile à combustible alimentée en air et en gaz riche en hydrogène produit par le dispositif reformeur. Le système comprend en outre un dispositif de réservoir thermique capable d'accumuler sous forme de chaleur l'excès d'énergie produit par le dispositif reformeur dans certaines configurations de fonctionnement et un moyen de commande pour déclencher, lors d'une autre configuration de fonctionnement, la production de vapeur d'eau supplémentaire par utilisation de la chaleur accumulée dans le réservoir thermique.
Le réservoir thermique peut par exemple accumuler de la chaleur lors de phases de réduction de la demande d'énergie, notamment lors de phases de décélération du véhicule. La chaleur ainsi accumulée peut ensuite être utilisée par libération rapide en vue d'une augmentation instantanée de la production de vapeur d'eau, assurant une montée en puissance rapide du reformeur, lorsqu'une augmentation transitoire de demande d'énergie électrique est faite par le conducteur du véhicule. La dynamique de fonctionnement du reformeur est ainsi accélérée.
Avantageusement, le moyen de commande peut comprendre des moyens pour déterminer la puissance électrique demandée pour l'alimentation du moteur électrique et pour commander, en fonction de cette détermination, tantôt l'accumulation de chaleur dans le réservoir thermique lors de phases de réduction de la demande d'énergie, tantôt la production de vapeur d'eau supplémentaire lors de demandes transitoires d'énergie supplémentaire.
Le moyen de commande peut également comprendre des moyens pour déterminer la puissance électrique demandée pour l'alimentation du moteur électrique et la quantité de chaleur accumulée dans le réservoir thermique et pour faire alimenter le moteur électrique par une batterie dont le véhicule est équipé, lorsque la quantité de chaleur accumulée dans le réservoir thermique est insuffisante.
Le moyen de commande peut également comprendre des moyens pour faire fonctionner le dispositif reformeur de façon à augmenter la quantité de chaleur accumulée dans le réservoir thermique, en particulier pendant les phases de fonctionnement où la quantité de vapeur fournie au reformeur est suffisante pour l'obtention de l'énergie demandée. De cette manière, le réservoir thermique sera ensuite capable de fournir transitoirement une quantité de chaleur supplémentaire pour augmenter transitoirement la quantité de vapeur fournie au reformeur.
Au moins un capteur de la température du réservoir thermique est avantageusement prévu à cet effet, le signal émis par ce capteur étant amené sur l'une des entrées du moyen de commande.
Le dispositif de réservoir thermique est généralement monté en aval du brûleur, le brûleur recevant de l'hydrogène en excès provenant de la pile à combustible et non utilisé par la pile à combustible.
Dans un mode de réalisation, le système comprend un circuit d'eau de dérivation avec une vanne commandée pour relier un réservoir d'eau au réservoir thermique. L'eau peut ainsi traverser ledit réservoir thermique de façon à permettre l'alimentation du reformeur en vapeur d'eau supplémentaire.
Généralement, le système comprend un échangeur de chaleur traversé par les gaz de combustion issus du brûleur, monté en amont du reformeur, pour élever la température du carburant et des gaz amenés au reformeur. Le dispositif de réservoir thermique peut être monté à l'extérieur de cet échangeur de chaleur en série par rapport à l'écoulement des gaz de combustion issus du brûleur ou dans un circuit de dérivation en parallèle dudit échangeur de chaleur. Le dispositif de réservoir thermique peut également être monté à l'intérieur même de cet échangeur de chaleur.
L'invention a également pour objet un procédé de commande d'un système de pile à combustible pour l'alimentation en énergie électrique d'un moteur électrique de traction d'un véhicule, comprenant un dispositif reformeur capable de générer un gaz riche en hydrogène à partir d'un carburant stocké à bord du véhicule et de vapeur d'eau. Selon l'invention, on accumule sous forme de chaleur, l'excès d'énergie produit par le dispositif reformeur dans certaines configurations de fonctionnement et l'on augmente transitoirement la quantité de vapeur d'eau amenée à l'entrée du reformeur en utilisant la chaleur ainsi accumulée.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 illustre très schématiquement l'installation d'un module de puissance dans un véhicule automobile; - la figure 2 illustre schématiquement les principaux éléments d'un premier mode de réalisation d'un module de puissance selon l'invention; - la figure 3 illustre une variante de réalisation du module de puissance de la figure 2; - la figure 4 illustre une autre variante de la réalisation du module de puissance de la figure 2; - la figure 5 illustre encore une autre variante de la réalisation du module de puissance de la figure 2; et - la figure 6 est un organigramme indiquant les principales étapes de fonctionnement d'un module de puissance selon l'invention.
Comme illustré sur la figure 1, un module de puissance référencé 1 est installé dans un véhicule, non illustré sur la figure, et fournit de l'énergie électrique par deux sorties principales 2, 3. La sortie d'énergie électrique 2 est reliée directement à un moteur électrique 4 référencé M sur la figure, qui est relié par l'intermédiaire d'une transmission 5 aux roues 6 du véhicule automobile. La deuxième sortie 3 du module de puissance 1 alimente une batterie électrique 7 montée dans le véhicule et qui peut également, par la connexion 8, alimenter en énergie électrique le moteur électrique 4.
Différentes variantes de réalisation du module de puissance 1 sont illustrées sur les figures 2 à 5, sur lesquelles les éléments identiques portent les mêmes références.
Tel qu'il est illustré sur la figure 2, le module de puissance 1 comprend un dispositif reformeur 9 associé à un brûleur catalytique 10. Le reformeur 9 est alimenté, dans l'exemple illustré, en carburant stocké dans un réservoir 11 et en vapeur d'eau produite par vaporisation d'eau contenue dans un réservoir d'eau 12. Un échangeur de chaleur 13 reçoit, par la conduite 14, les gaz de combustion à température élevée produits par le brûleur 10. Ces gaz traversent l'échangeur de chaleur 13 et sont ainsi capables de réchauffer le carburant provenant du réservoir 11 par la conduite 15 et qui, après avoir traversé l'échangeur 13, alimentent le reformeur 9 par la conduite 16. De la même manière, l'eau provenant du réservoir 12 par la conduite 17 traverse l'échangeur de chaleur 13 où elle se vaporise, la vapeur ainsi produite alimentant par la conduite 18 le reformeur 9.
Le reformeur 9 est également alimenté en air comprimé chaud par la conduite 19. A cet effet, l'air frais peut être, dans l'exemple illustré sur la figure 2, comprimé par le compresseur 20 à la sortie duquel l'air comprimé véhiculé par la conduite 21 peut traverser l'échangeur de chaleur 13 pour être réchauffé avant d'être amené par la conduite 19 sur le reformeur 9.
Un dispositif de pile à combustible 22, comprenant une partie anodique 23 et une partie cathodique 24, est alimenté en gaz riche en hydrogène par la conduite 25 et en air comprimé provenant également du compresseur 20 par la conduite 26. La pile à combustible 22 génère de l'électricité et est reliée par la connexion 27 qui comprend les sorties 2 et 3 du module de puissance illustré sur la figure 1, au moteur électrique 4 et à la batterie 7.
Le reformeur 9, qui nécessite pour son fonctionnement une alimentation en vapeur d'eau, peut être par exemple un réacteur auto-thermal (ATR). Dans l'exemple illustré sur la figure 2, les gaz issus du reformeur 9 par la conduite 28 traversent un échangeur de chaleur 29 afin d'être en partie refroidis avant de pénétrer dans un premier étage de purification à haute température, référencé 30. A la sortie de ce premier étage, les gaz véhiculés par la conduite 31 traversent un deuxième échangeur 29a destiné à abaisser encore leur température avant qu'ils traversent un deuxième étage de purification 32. Les étages de purification 30 et 32 peuvent être par exemple du type water gas shift . En sortie du deuxième étage de purification 32, les gaz véhiculés par la canalisation 33 traversent un échangeur de chaleur 34 avant d'être amenés par la conduite 35 sur la première entrée d'un étage d'oxydation préférentielle 36, dans lequel une partie de l'oxyde de carbone CO présent dans les gaz est convertie en dioxyde de carbone CO2. La deuxième entrée 37 de l'étage d'oxydation 36 reçoit de l'air comprimé par le compresseur 20.
Les gaz riches en hydrogène véhiculé par la canalisation 38 à la sortie de l'étage d'oxydation préférentielle 36 traversent un condenseur préanodique 39 qui élimine une partie de l'eau qu'ils contiennent. En sortie de ce condenseur 39, les gaz sont amenés par la conduite 25 sur la partie anodique de la pile à combustible 22.
Dans la pile à combustible 22, l'hydrogène contenu dans les gaz riches en hydrogène sont partiellement convertis par une réaction électrochimique pour fournir de l'électricité sur la connexion de sortie 27. L'hydrogène non consommé par la pile à combustible 22 est amené par la conduite 40 au brûleur catalytique 10 après avoir traversé un condenseur anodique 41 qui en élimine une partie de l'eau qu'il contient. Le brûleur 10 reçoit également par la conduite 42 de l'air comprimé par le compresseur 20, de façon à alimenter la réaction de combustion.
L'air comprimé ayant traversé la pile à combustible 22 et non utilisé dans celle-ci pour la réaction électrochimique, est amené par la conduite 43, 44 à une turbine 45 qui est montée sur le même arbre mécanique que le compresseur 20 et est donc capable d'entraîner ce dernier. Les gaz sont rejetés à la sortie de la turbine 45. Un condenseur cathodique 46 peut être monté en aval de la pile à combustible 22 pour éliminer une partie de l'eau contenue dans l'oxygène non utilisé.
Les gaz de combustion à haute température provenant du brûleur 10 et véhiculés par la conduite 14 traversent, comme il a été dit précédemment, l'échangeur de chaleur 13 afin de réchauffer l'air et le carburant destinés au reformeur 9 ainsi que de produire la vapeur d'eau nécessaire à partir de l'eau contenue dans le réservoir 12. Après avoir traversé l'échangeur de chaleur 13, les gaz de combustion issus du brûleur 10 sont amenés par la conduite 47 via la conduite 44 sur la turbine 45.
On comprendra que le système puisse comprendre plusieurs étages de compression, chacun des étages pouvant être couplé à une turbine ou un moteur électrique d'entraînement, non illustré sur la figure.
Le module de puissance, illustré sur la figure 2, comprend en outre un dispositif de réservoir thermique 48 capable d'accumuler sous forme de chaleur un excès d'énergie produit par le dispositif reformeur. A cet effet, le réservoir thermique 48 est relié en aval du brûleur 10 à la conduite 14 par une conduite de dérivation 49. Après avoir traversé le réservoir thermique 48, les gaz chauds provenant du brûleur 10 sont rejetés par la conduite 50 qui est piquée sur la conduite 47 à la sortie de l'échangeur de chaleur 13. Le réservoir thermique 48 est donc, dans l'exemple illustré sur la figure 2, monté en dérivation parallèlement à l'échangeur de chaleur 13. Une conduite de dérivation 51 pouvant être connectée à la sortie du réservoir d'eau 12 permet le passage de l'eau à travers le réservoir thermique 48 et ainsi la production d'une quantité supplémentaire de vapeur d'eau qui peut alors alimenter le reformeur 9 par la conduite 52.
La commande du fonctionnement est effectuée au moyen de deux vannes commandées. La première vanne 53 est placée dans la conduite 49 et permet de laisser passer ou de bloquer le passage pour les gaz provenant du brûleur 10 et accumulant de la chaleur dans le réservoir thermique 48. La deuxième vanne 54 est montée dans la conduite 51 et permet de laisser passer ou d'arrêter le passage de l'eau à travers le réservoir thermique 48 pour la production de vapeur d'eau.
Un moyen de commande 55 reçoit différentes informations en provenance des éléments du module de puissance. Pour simplifier la figure, on n'a représenté, sur la figure 2, que les principales connexions. En particulier, on a représenté schématiquement un capteur de température 56 délivrant un signal amené par une connexion 57 au moyen de commande 55. Le capteur 56 mesure la température dans le réservoir thermique et permet de calculer ou d'estimer la quantité de chaleur accumulée par le réservoir thermique 48. Une connexion 58 permet la commande de la vanne 53 par le moyen de commande 55. Une connexion 59 permet la commande de la vanne 54 par le moyen de commande 55. Une connexion 60 relie le reformeur 9 au moyen de commande 55 et permet à la fois la transmission d'informations sur le fonctionnement du reformeur et sa commande. Enfin, une connexion 61 permet d'amener au moyen de commande 55 différentes informations sur le fonctionnement du véhicule et en particulier les signaux correspondant à la demande de puissance souhaitée par le conducteur.
La variante illustrée sur la figure 3, sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, montre une disposition différente du réservoir thermique 48. Comme illustré sur la figure 3, le réservoir thermique 48 est ici monté en série entre le brûleur 10 et l'échangeur de chaleur 13. La conduite 49, qui comprend la vanne de commande 53, est directement connectée au reformeur 9.
Dans la variante illustrée sur la figure 4, le réservoir thermique 48 fait partie intégrante de l'échangeur de chaleur 13. Cependant, l'eau devant alimenter le réservoir thermique 48 pour la production de vapeur supplémentaire, est amenée à la partie de l'échangeur de chaleur 13 formant réservoir thermique 48 par une conduite spécifique 51. Comme dans le mode de réalisation de la figure 3, la partie formant réservoir thermique 48 est directement reliée par la conduite 49 au reformeur 9. On comprendra que cette intégration du réservoir thermique 48 dans l'échangeur de chaleur 13 est intéressante pour réduire l'encombrement de l'ensemble. Bien entendu, une telle construction pourrait également être adoptée dans le cadre de la variante illustrée sur la figure 2, c'est-à-dire où le réservoir thermique est monté en parallèle sur l'échangeur de chaleur 13. Il suffirait de prévoir des connexions internes appropriées pour le passage des différents fluides dans l'échangeur 13.
Dans la variante illustrée sur la figure 5, le réservoir thermique 48, au lieu d'être monté directement en aval du brûleur 10, est cette fois installé en série à la sortie de l'échangeur de chaleur 13. A part cette modification dans la disposition, on retrouve l'alimentation en eau du réservoir thermique 48 par la conduite 51 ainsi que la connexion directe par la conduite 49 de la vapeur d'eau produite jusqu'au reformeur 9.
Dans tous les cas, le réservoir thermique 48 peut être de construction classique et comprendre, par exemple, des sels capables de stocker la chaleur et de la restituer ou tout autre matériau bien connu dans la technique capable de stocker de la chaleur.
Pour mieux comprendre le fonctionnement du système de l'invention, tel qu'il est illustré sur les différentes figures 2 à 5, on a illustré sur la figure 6, de manière schématique, un mode de réalisation possible d'un organigramme du fonctionnement du moyen de commande 55.
Tel qu'il est illustré sur la figure 6, le moyen de commande examine tout d'abord, au cours d'une étape 62, qu'elle est la demande de puissance souhaitée par le conducteur. Si la demande de puissance souhaitée est supérieure à la puissance fournie par le module de puissance, le moyen de commande examine au cours d'une étape 63 la quantité de chaleur stockée dans le réservoir thermique 48. Si le réservoir thermique contient effectivement une certaine quantité de chaleur accumulée, un ordre de commande est envoyé sur la vanne de commande 54, de façon à alimenter le réservoir thermique 48 en eau en provenance du réservoir, ce qui est schématisé sur la figure 6 par l'étape de commande 64. Le moyen de commande teste ensuite à l'étape 65 si le débit de vapeur alimentant le reformeur est suffisant pour que le reformeur fournisse la quantité d'hydrogène pour l'obtention de la puissance demandée. Au cas où le débit de vapeur ne serait pas suffisant, les moyens de commande agissent alors de façon à brancher la batterie 7 sur l'entrée du moteur électrique 4 (figure 1) au cours d'une étape de commande 66.
Si, à l'étape 63, le moyen de commande 55 constate que le réservoir thermique ne renferme pas d'énergie accumulée, par exemple dans une phase de démarrage du véhicule, le moyen de commande agit, au cours de l'étape 67, de façon à brancher la batterie sur le moteur électrique.
Si, au cours de l'étape 62, le moyen de commande constate que la demande de puissance est inférieure à la puissance fournie, le moyen de commande teste alors, au cours d'une étape 68, le contenu du réservoir thermique. Si le réservoir thermique ne renferme pas de chaleur accumulée, le moyen de commande agit sur le reformeur au cours d'une étape 69 pour faire fonctionner le reformeur, de façon à générer une énergie supplémentaire par rapport à la demande de puissance souhaitée effective. Cette énergie supplémentaire est alors transformée en chaleur, qui est accumulée dans le réservoir thermique 48.
Le stockage de l'énergie thermique dans le réservoir thermique 48 et sa restitution ultérieure permettent d'augmenter très rapidement la quantité de vapeur d'eau fournie au reformeur et d'obtenir ainsi une excellente dynamique de réponse en hydrogène du reformeur. La solution proposée par la présente invention permet donc d'accélérer la dynamique du reformeur pendant les changements de points de fonctionnement sans engendrer de coût énergétique supplémentaire. Le rendement du module de puissance se trouve ainsi augmenté.
L'invention peut être aisément intégrée dans un véhicule automobile. La solution de l'invention s'applique à tous les véhicules propulsés par un système de pile à combustible équipé d'un reformeur nécessitant une alimentation en vapeur d'eau.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1-Système de pile à combustible pour l'alimentation en énergie électrique d'un moteur électrique de traction d'un véhicule, comprenant un dispositif reformeur (9) capable de générer un gaz riche en hydrogène à partir d'un carburant stocké à bord du véhicule et de vapeur d'eau, un brûleur (10) alimenté en gaz riche en hydrogène et en air pour transformer en vapeur d'eau de l'eau stockée à bord du véhicule et produite dans le système et une pile à combustible (22) alimentée en air et en gaz riche en hydrogène produit par le dispositif reformeur, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif de réservoir thermique (48) capable d'accumuler sous forme de chaleur l'excès d'énergie produit par le dispositif reformeur dans certaines configurations de fonctionnement et un moyen de commande (55) pour déclencher, lors d'une autre configuration de fonctionnement, la production de vapeur d'eau supplémentaire par utilisation de la chaleur accumulée dans le réservoir thermique.
2-Système de pile à combustible selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de commande (55) comprend des moyens pour déterminer la puissance électrique demandée pour l'alimentation du moteur électrique et pour commander, en fonction de cette détermination, tantôt l'accumulation de chaleur dans le réservoir thermique, tantôt la production de vapeur d'eau supplémentaire.
3-Système de pile à combustible selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de commande (55) comprend des moyens pour déterminer la puissance électrique demandée pour l'alimentation du moteur électrique et la quantité de chaleur accumulée dans le réservoir thermique et pour faire alimenter le moteur électrique par une batterie dont le véhicule est équipé, lorsque la quantité de chaleur accumulée dans le réservoir thermique est insuffisante.
4-Système de pile à combustible selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de commande (55) comprend des moyens pour déterminer la puissance électrique demandée pour l'alimentation du moteur électrique et la quantité de chaleur accumulée dans le réservoir thermique et pour faire fonctionner le dispositif reformeur de façon à augmenter la quantité de chaleur accumulée dans le réservoir thermique.
5-Système de pile à combustible selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un capteur (56) de la température du réservoir thermique (48), le signal émis par ce capteur étant amené sur l'une des entrées du moyen de commande (55).
6-Système de pile à combustible selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le dispositif de réservoir thermique (48) est monté en aval du brûleur (10), le brûleur recevant de l'hydrogène en excès provenant de la pile à combustible, non utilisé par la pile à combustible et fournissant les gaz de combustion au dispositif de réservoir thermique.
7-Système de pile à combustible selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'un circuit d'eau de dérivation (51) comprenant une vanne commandée (54) relie un réservoir d'eau (12) au réservoir thermique (48) et traverse ledit réservoir thermique de façon à permettre l'alimentation du reformeur (9) en vapeur d'eau supplémentaire.
8-Système de pile à combustible selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait qu'un échangeur de chaleur (13) est monté en amont du reformeur (9) pour élever la température du carburant et des gaz amenés au reformeur, le dispositif de réservoir thermique (48) étant monté à l'extérieur de l'échangeur de chaleur, dans un circuit de dérivation (50) en parallèle dudit échangeur de chaleur.
9-Système de pile à combustible selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que le dispositif de réservoir thermique est monté en série, en amont ou en aval de l'échangeur de chaleur par rapport à l'écoulement des gaz de combustion issus du brûleur.
10-Système de pile à combustible selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé par le fait que le dispositif de réservoir thermique (48) est monté à l'intérieur de l'échangeur de chaleur.
11-Procédé de commande d'un système de pile à combustible pour l'alimentation en énergie électrique d'un moteur électrique de traction d'un véhicule, comprenant un dispositif reformeur capable de générer un gaz riche en hydrogène à partir d'un carburant stocké à bord du véhicule et de vapeur d'eau, caractérisé par le fait que l'on accumule sous forme de chaleur l'excès d'énergie produit par le dispositif reformeur dans certaines configurations de fonctionnement et que l'on augmente transitoirement la quantité de vapeur d'eau amenée à l'entrée du reformeur en utilisant la chaleur ainsi accumulée.
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