FR2871948A1 - Module de puissance pour moteur electrique de traction de vehicule automobile et procede de regulation d'un tel module de puissance - Google Patents

Abstract

Module de puissance pour générer de l'énergie électrique destinée à alimenter un moteur électrique de traction de véhicule automobile 30, du type comprenant un système de pile à combustible 6 présentant un compartiment anodique 15 alimenté en gaz riche en hydrogène et un compartiment cathodique 16 alimenté en air comprimé par un compresseur 12, des moyens de régulation 23, 26 des débits de sortie des gaz issus de la pile à combustible et des moyens de commande 29 capables d'agir sur le compresseur 12 et sur les moyens de régulation 23, 26 des débits de sortie, caractérisé par le fait que les moyens de commande 29 sont capables, en cas de variation transitoire rapide de la puissance demandée, de faire varier les débits de gaz à l'entrée et à la sortie de la pile à combustible 6, dans le même sens que le sens de variation de la puissance demandée.

Description

Module de puissance pour moteur électrique de traction de véhicule

automobile et procédé de régulation d'un tel module de puissance.

La présente invention a pour objet un module de puissance pour générer de l'énergie électrique destinée à alimenter un moteur électrique de traction d'un véhicule automobile, du type comprenant un système de pile à combustible et un procédé de régulation d'un tel module de puissance.

De tels modules de puissance pour véhicules à pile à combustible présentent l'inconvénient d'une dynamique de réponse en puissance généralement incompatible avec les prestations attendues par le conducteur du véhicule. En effet, tout changement du point de fonctionnement du système de pile à combustible entraîne une évolution de la pression de consigne à l'intérieur de la pile à combustible et donc une évolution de la quantité de matière gazeuse contenue dans les différents organes et circuits du module de puissance. Cette évolution entraîne, d'une part, un retard dans l'établissement du débit des gaz de consigne, et, d'autre part, une réduction temporaire de l'énergie éventuellement récupérée par la turbine dans le cas où le module de puissance comprend un groupe turbocompresseur pour alimenter la pile à combustible en air comprimé. Ces deux effets ont pour conséquence une réduction de la dynamique de puissance disponible pour la traction du véhicule.

Ces difficultés sont particulièrement sensibles, dans le cas où le système de pile à combustible est alimenté en gaz riche en hydrogène par un dispositif reformeur capable de produire un mélange gazeux riche en hydrogène à partir d'un carburant de type méthanol, éthanol, essence ou analogue. Dans ce cas, en effet, la dynamique de production de l'hydrogène par un tel reformeur est relativement lente du fait des contraintes inhérentes au fonctionnement du dispositif reformeur.

L'écart entre les performances attendues par le conducteur et celles obtenues par le module de puissance peut être compensé par un système de stockage temporaire de l'énergie électrique comprenant par exemple une batterie ou une super-capacité.

C'est ainsi que le brevet US 6 326 763 (KING) décrit une commande d'un système de pile à combustible muni d'un reformeur pour l'alimentation en gaz riche en hydrogène, dans lequel l'amélioration de la dynamique en réponse à une demande de puissance transitoire est obtenue au moyen d'un système de puissance auxiliaire comprenant un accumulateur d'énergie sous la forme d'une super-capacité, d'une batterie ou encore d'un volant d'inertie. L'énergie accumulée peut être avantageusement récupérée en phase de décélération du véhicule.

La demande de brevet japonais JP 2003/15511 (NISSAN) décrit un dispositif dans lequel la détection d'une action sur la pédale d'accélérateur permet de piloter une alimentation prioritaire en énergie du moteur électrique de traction du véhicule, de façon, là encore, à améliorer la dynamique de réponse en puissance.

De tels dispositifs ne permettent pas néanmoins d'atteindre instantanément la puissance maximale éventuellement souhaitée, à moins de disposer d'une batterie d'accumulateur de très forte puissance, c'est-à- dire d'encombrement exagéré et de coût important.

Les demandes de brevets WO 01/16021 (SNOW) et WO 01/48367 (DADD) proposent l'utilisation, à titre de tampon énergétique, de matériaux formant des hydrures capables d'absorber l'hydrogène et de décharger cet hydrogène rapidement en cas de demande d'accélération du conducteur. L'utilisation d'un réservoir auxiliaire de gaz comprimé pour les phases transitoires d'accélération est également prévue.

La demande de brevet allemand DE 100 57 384 (MAN) prévoit une alimentation supplémentaire en oxygène pour la pile à combustible en cas d'augmentation transitoire de la puissance de sortie demandée.

La demande de brevet US 2002/22161 inventeur: Kurosaki (Honda) décrit la commande d'un système de pile à combustible alimentée en air comprimé au moyen d'un compresseur dans laquelle on fait varier la puissance fournie par la pile à combustible en agissant sur le compresseur, c'est-à- dire sur la quantité d'air introduite à l'entrée de la pile à combustible. Simultanément, une vanne de régulation placée sur la conduite de sortie de la pile à combustible est pilotée de façon à augmenter le plus rapidement possible la pression dans la pile à combustible pour atteindre la pression de consigne correspondant à la puissance demandée. Ainsi, selon cette demande de brevet, une demande d'augmentation de puissance, qui se traduit par une augmentation des valeurs de consigne de débit et de pression dans la pile à combustible, entraîne une augmentation du débit des gaz en entrée dans la pile à combustible et une diminution temporaire du débit des gaz en sortie de la pile à combustible afin d'augmenter la pression. Il est en effet indiqué, dans ce document, qu'il convient de veiller à ce que la pression dans la pile à combustible ne diminue pas lors d'une augmentation transitoire de la demande de puissance.

Le brevet US 6 488 345 inventeur: Woody (General Electric) décrit un système de freinage régénératif pour un système de pile à combustible, dans lequel on prévoit, pour l'assistance au freinage, de faire fonctionner le compresseur à plus haute pression, entraînant ainsi une augmentation de la pression dans le système de pile à combustible et, de ce fait, une diminution du débit des gaz en sortie de la pile à combustible.

Dans ces deux derniers documents, on constate que, lors d'une augmentation transitoire rapide de la demande de puissance, les régulations proposées tendent chaque fois à répondre le plus rapidement possible à la valeur de consigne de pression. Dans ces conditions, le débit des gaz en sortie de la pile à combustible est tout d'abord diminué pour permettre l'augmentation de la pression, avant de croître lentement vers la valeur de consigne du débit, permettant d'obtenir la puissance demandée. L'écart entre la valeur de consigne du débit de sortie et le débit des gaz réellement obtenu à l'intérieur de la pile à combustible est important, et on constate qu'il met près de deux secondes à être compensé. De plus, lorsqu'un module de puissance comprend un turbocompresseur pour alimenter la pile à combustible et/ou un dispositif reformeur en air comprimé, une partie des gaz de sortie peut être valorisée par alimentation de la turbine. Dans ce cas, la réduction temporaire des gaz en sortie de pile à combustible implique une demande électrique supplémentaire pour faire fonctionner le compresseur, et, de ce fait, une réduction de la puissance nette délivrée par le module de puissance.

A l'inverse, dans le cas d'une forte baisse de la demande électrique, la valeur de consigne du débit des gaz en entrée de pile à combustible diminue, de même que la valeur de consigne de la pression.

En conclusion, dans les documents de l'état de la technique ci-dessus mentionnés, la régulation prévoit, dans ce cas, une réduction de la pression qui se traduit obligatoirement par une augmentation temporaire du débit de sortie de la pile à combustible. Si l'on désire récupérer une partie de l'énergie des gaz disponible à la sortie de la pile à combustible, le module de puissance produit donc, transitoirement, un surplus d'énergie. Certes, un tel surplus peut être stocké dans une batterie d'accumulation, mais il risque alors de venir s'ajouter à une quantité d'énergie récupérée lors du freinage, de sorte que la batterie peut rapidement s'avérer insuffisante.

La présente invention a pour objet de résoudre ces différents inconvénients et de proposer un module de puissance présentant une dynamique de réponse en puissance nettement améliorée.

La présente invention repose sur la constatation du fait que l'on peut obtenir une amélioration remarquable de la dynamique de réponse en puissance malgré une dégradation transitoire de la pression, lors des variations de la demande de puissance. II a en effet été remarqué que l'augmentation de la pression, simultanément à une augmentation du débit, lors d'une augmentation de la demande de puissance, avait essentiellement pour objet la recherche d'un meilleur rendement et le maintien d'un bilan d'eau positif, c'est-à-dire la récupération en sortie du système de pile à combustible d'une quantité d'eau au moins égale à la quantité d'eau nécessaire au fonctionnement du reformeur et à l'humidification des gaz. Or, il a été maintenant constaté que ces objectifs pouvaient parfaitement se satisfaire d'une dégradation transitoire, permettant ainsi l'augmentation notable de la dynamique de réponse en puissance.

Selon un aspect de l'invention, un module de puissance pour générer de l'énergie électrique destinée à alimenter un moteur électrique de traction de véhicule automobile, comprend un système de pile à combustible présentant un compartiment anodique alimenté en gaz riche en hydrogène et un compartiment cathodique alimenté en air comprimé par un compresseur. Des moyens de régulation du débit de sortie d'au moins un flux de gaz issu de la pile à combustible sont prévus ainsi que des moyens de commande capables d'agir sur le compresseur et sur les moyens de régulation du débit de sortie. Les moyens de commande sont capables, en cas de variation transitoire rapide de la puissance demandée, de faire varier le débit de gaz à l'entrée et à la sortie d'au moins un compartiment de la pile à combustible, dans le même sens que le sens de variation de la puissance demandée.

Cette variation de débit à l'entrée comme à la sortie entraîne une variation transitoire rapide de la quantité de matière présente dans la pile à combustible. Il en résulte une accélération du débit de gaz dans la pile à combustible et donc une amélioration de la dynamique de réponse en puissance du module de puissance.

Dans un mode de réalisation, les moyens de commande comprennent un dispositif régulateur du débit de gaz à l'entrée de la pile à combustible pour faire varier le débit de gaz à l'entrée en fonction d'une variation transitoire rapide de la puissance demandée, lesdits moyens de commande étant capables, simultanément, de commander une variation du débit de gaz à la sortie de la pile à combustible, dans le même sens que le sens de variation de la puissance demandée.

Le mode de variation des débits de gaz peut être adapté à chaque cas particulier. Dans un mode de réalisation, les moyens de commande sont capables, en cas de variation transitoire rapide de la puissance demandée, de commander, dans une première phase, une variation rapide du débit de gaz à la sortie de la pile à combustible, dans le même sens que le sens de variation de la puissance demandée, puis, dans une deuxième phase, une variation plus lente du débit de gaz à la sortie de la pile à combustible, toujours dans le même sens, jusqu'à atteindre une valeur de consigne correspondant à la puissance demandée.

Les moyens de régulation des débits de sortie des gaz issus de la pile à combustible peuvent comprendre des vannes de régulation commandées par les moyens de commande et montées sur des conduites de sortie des gaz issus des compartiments de la pile à combustible.

Lors d'une augmentation transitoire rapide de la demande de puissance, les débits en entrée et en sortie de l'ensemble des compartiments de la pile à combustible peuvent être transitoirement augmentés simultanément pour accélérer la dynamique de réponse en puissance. Dans ce cas, il peut être nécessaire d'éviter une trop grand différence de pression entre les compartiments anodique et cathodique de la pile à combustible. Le module de puissance peut, à cet effet, comprendre des moyens pour mesurer la différence de pression entre les compartiments anodique et cathodique de la pile à combustible. Les moyens de commande sont avantageusement capables de maintenir cette différence de pression au dessous d'un seuil prédéterminé.

Un autre aspect de l'invention concerne un procédé de régulation d'un module de puissance fournissant de l'énergie électrique à un moteur électrique de traction de véhicule automobile, du type comprenant un système de pile à combustible dans lequel on régule le débit de sortie d'au moins un flux de gaz issu de la pile à combustible. En cas de variation transitoire rapide de la puissance demandée, on privilégie l'établissement du débit de consigne du flux de gaz issu de la pile à combustible au détriment de la pression de consigne.

Dans un mode de mise en oeuvre, en cas de variation transitoire rapide de la puissance demandée, on fait varier le débit de gaz à l'entrée et à la sortie d'au moins un compartiment, anodique ou cathodique, de la pile à combustible, dans le même sens que le sens de variation de la puissance demandée.

Par exemple, en cas d'augmentation transitoire rapide de la puissance demandée, on augmente à la fois le débit d'entrée et le débit de sortie du compartiment anodique et/ou du compartiment cathodique de la pile à combustible.

Lorsqu'on augmente à la fois le débit d'entrée et le débit de sortie du compartiment anodique et du compartiment cathodique de la pile à combustible, on maintient de préférence la différence de pression entre les deux compartiments, inférieure à un seuil prédéterminé.

Dans le cas d'un module de puissance comprenant un groupe turbocompresseur pour l'alimentation en air comprimé de la pile à combustible, la quantité de gaz excédentaire résultant de l'augmentation des débits peut être amenée à l'entrée de la turbine du groupe turbocompresseur. On peut ainsi valoriser la quantité excédentaire de matière générée par la mise en oeuvre du procédé lors des phases transitoires.

La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier décrit à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement la modélisation d'un volume d'une pile à combustible; - la figure 2 illustre schématiquement les principaux éléments d'un module de puissance pour les différents organes associés selon un mode de réalisation de l'invention; - les figures 3a à 3f montrent sur différentes courbes temporelles l'évolution des débits et de la pression lors d'une augmentation de la puissance demandée; et -les figures 4a à 4f illustrent sur des courbes analogues l'évolution des débits et de la pression lors d'une diminution temporaire de la demande de puissance.

Les systèmes d'alimentation en gaz d'une pile à combustible sont régulés par un ensemble d'actionneurs, tels que compresseurs à un ou plusieurs étages, turbines à un ou plusieurs étages, vannes de régulation, etc., qui permettent de faire varier les débits et les pressions en différents points des circuits d'alimentation. Les circuits d'alimentation en fluide d'un module de puissance peuvent être modélisés par un ensemble de volumes individuels.

En se référant à la figure 1, on va maintenant expliquer, à titre d'exemple, un système particulier simple qui peut être généralisé à toutes les architectures de module de puissance.

Comme illustré sur la figure 1, un volume 1 qui peut représenter une partie d'un compartiment anodique ou cathodique d'un empilement de cellules formant une pile à combustible, comprend un orifice d'entrée 2 et un orifice de sortie 3. Le volume 1 peut être lui-même divisé, par exemple en fonction d'une cinématique réactionnelle, en deux sous-volumes notés V1,; et V2,;. L'écoulement d'un flux de gaz dans le volume 1 est schématisé par les flèches 4. Si l'on considère un système composé de plusieurs volumes assurant les alimentations anodique et cathodique de la pile, chaque volume i comporte une alimentation assurant un débit d'entrée pilotable noté QeiÉ Une vanne de régulation du débit de sortie, non représentée sur la figure 1, assure un débit de sortie Q, pour le gaz.

L'évolution de la pression moyenne dans le volume i est donnée par une relation de la forme: P = Kt. [f(Qe; Qsi) . dt + f Qreac; . dtj (1) où Qreac; est un débit de création/disparition de matière lié aux réactions chimiques qui interviennent dans le volume i et K, un paramètre géométrique. La puissance électrique brute fournie par la pile à combustible est une fonction croissante de la valeur du débit Qreac; qui est lui-même, à stoechiométrie constante, proportionnel au débit de gaz à l'intérieur d'une section du volume, débit qui est noté Qint;. En première approximation, on a: Q inti = V Qei + VZ= Qs= (2) cors roc,i où V,ot,; est le volume total.

En réponse à un échelon de puissance électrique demandée correspondant, soit à une augmentation, soit à une diminution de la puissance demandée, la valeur de consigne du débit Qint; va être modifiée. En raison des différents paramètres, parmi lesquels on peut citer le respect du bilan d'eau dans le système et l'optimisation du rendement global, la valeur de la consigne de pression va également évoluer, dans le même sens que le débit. En d'autres termes, la valeur de la consigne de pression croît lorsque la valeur de la consigne de débit croît.

Pour répondre à ces valeurs de consigne, un fonctionnement classique (décrit par exemple dans la demande de brevet US 2002/22161) consiste à piloter l'actionneur en entrée du volume (généralement un compresseur) pour faire tendre le débit d'entrée Qe; vers la valeur de consigne désirée de Qint;. Simultanément, on pilote l'actionneur placé à la sortie du volume considéré (en général une vanne de régulation) de façon à assurer la valeur de consigne de la pression. Ainsi, une demande d'augmentation de puissance électrique se traduit par une augmentation des valeurs de consigne de débit et de pression auxquelles on cherche classiquement à répondre par une augmentation du débit en entrée Qe; et par une diminution temporaire du débit en sortie Qs; afin d'augmenter la valeur de la pression pour tendre vers la pression de consigne. Cette diminution temporaire du débit de sortie a pour effet de ralentir la dynamique de réponse de Qint; et de ce fait, également, la dynamique de réponse en puissance du module de puissance. L'écart entre la valeur du débit de consigne et la valeur du débit obtenue Qint; est important et met un temps relativement important, de l'ordre de deux secondes, à être compensé. De plus, lorsqu'une partie des gaz de sortie de la pile à combustible est valorisée par une turbine, la réduction temporaire du débit de sortie Qs; implique une demande électrique supplémentaire pour assurer l'entraînement du compresseur alimentant l'ensemble du système en air comprimé. II en résulte une réduction de la puissance nette délivrée par le module de puissance.

Selon la présente invention, on utilise des moyens de commande capables de faire varier les débits de gaz à l'entrée et à la sortie d'un volume considéré de la pile à combustible, dans le même sens que le sens de variation de la puissance demandée.

Selon la présente invention, on utilise la matière stockée dans les différents volumes du module de puissance pour augmenter la dynamique de réponse en puissance. A cet effet, on privilégie, dans une phase transitoire, l'établissement des valeurs de débit de consigne au détriment du maintien des valeurs de consigne de pression.

La figure 2 illustre, à titre d'exemple et très schématiquement, un module de puissance référencé 5 qui comprend une pile à combustible 6, un dispositif de reformage 7. Le dispositif 7 comprend un reformeur 8, différents organes 9 de purification des gaz riches en hydrogène produits par le reformeur 8 et un brûleur 10, tous ces éléments étant grossièrement schématisés sur la figure 2, sans que l'on ait représenté les différentes connexions qui existent entre eux. Un turbocompresseur 11 comprend un compresseur 12 et une turbine 13 montés sur le même arbre mécanique 14.

La pile à combustible 6 comprend, quant à elle, un compartiment anodique 15 et un compartiment cathodique 16 séparés par une membrane 17. Le compartiment anodique 15 est alimenté par la conduite 18 en gaz riche en hydrogène produit par le système de reformage 7. L'air frais amené par la conduite 19 est comprimé dans le compresseur 12 et peut ensuite alimenter, par la conduite 20, le compartiment cathodique 16 de la pile à combustible 6 ainsi que le reformeur 8 par la conduite 21.

L'excès d'hydrogène issu du compartiment anodique 15 est ramené par la conduite de retour 22 sur le brûleur 10 pour réchauffer les gaz amenés au reformeur 8. Une vanne de régulation 23 permet de piloter le débit de sortie du compartiment anodique 15 et donc la pression à l'intérieur dudit compartiment. L'air non consommé par la réaction de la pile à combustible et issu du compartiment cathodique est ramené, quant à lui, par la conduite 24 sur la turbine 13 avant de s'échapper par la conduite 25. Une vanne de régulation 26 montée dans la conduite 24 permet de piloter le débit de sortie du compartiment cathodique 16 et donc la pression qui y règne.

Une partie de l'air en excès véhiculé par la conduite de sortie 24 est également ramenée par la dérivation 27 sur le brûleur 10 pour favoriser la combustion. Une vanne 28 montée dans la conduite 27 permet de réguler la quantité d'oxygène amenée sur le brûleur 10.

Des moyens de commande, symbolisés par une unité de contrôle électronique 29, notée UCV sur la figure 2, permettent notamment de piloter le fonctionnement du module de puissance 5.

La traction du véhicule est assurée par un moteur électrique 30, comportant une électronique de puissance associée 31. Une source auxiliaire de puissance, ici représentée sur la figure 2 sous la forme d'une batterie 32, permet de stocker et déstocker de l'énergie électrique selon des modes de fonctionnement définis par les moyens de commande 29. Les moyens de commande 29 pilotent également une interface électrique 33 pour assurer la demande d'énergie électrique exprimée par le conducteur 34 lors d'une action sur la pédale d'accélérateur 35 dont la position est détectée par un capteur de position 36. Les moyens de commande 29 reçoivent ainsi un signal correspondant à la demande de puissance par la connexion 37, des informations sur le fonctionnement des différents organes du module de puissance 5 par la connexion 38, des informations sur le niveau énergétique de la batterie 32 par la connexion 39. Les moyens de commande 29 peuvent agir sur l'interface électrique 33 par la connexion 40.

L'énergie électrique produite par la pile à combustible 6 est transférée par la connexion 41 à l'interface électrique 33. Des échanges d'énergie électrique peuvent intervenir entre l'interface 33 et la batterie 32 par la connexion 42. L'électronique de commande 31 du moteur électrique 30 reçoit l'énergie électrique par la connexion 43 qui est reliée à l'interface électrique 33. Enfin, l'interface électrique 33 peut également alimenter en énergie électrique supplémentaire le turbocompresseur 11 par la connexion électrique 44.

Les moyens de commande 29 peuvent piloter également, par l'intermédiaire de l'interface électrique 33 et de la connexion 44, le fonctionnement du compresseur 12, modifiant ainsi le débit à l'entrée de la pile à combustible 6. Dans l'exemple illustré, les moyens de commande 29 peuvent agir sur les débits en sortie de chacun des compartiments anodique 15 et cathodique 16 individuellement par la commande des vannes de régulation 23 et 26 connectées aux moyens de commande 29 par les connexions 45 et 46. La commande peut également être faite simultanément sur les deux compartiments 15 et 16.

Bien que l'on ait illustré sur la figure 2 une alimentation en gaz riche en hydrogène produit par un système de reformage 7, on comprendra que dans une autre configuration, l'hydrogène pourrait être directement fourni par un réservoir embarqué sur le véhicule.

Les différentes courbes des figures 3a à 3f illustrent un exemple de pilotage effectué par les moyens de commande 29 lors d'une brusque augmentation de la puissance électrique demandée. Toutes les courbes comprennent en abscisses le temps en seconde et en ordonnées les différentes variables.

La figure 3a montre la valeur du débit de consigne Qe en moles/seconde lors d'un échelon de puissance demandée. A titre d'exemple, le débit de consigne passe de 0,5 à 3 moles/seconde.

La figure 3b illustre la variation correspondante du débit Qe en moles/seconde à l'entrée d'un compartiment de la pile à combustible. On voit que le débit augmente assez rapidement pour dépasser la valeur de consigne et revenir sur cette valeur au bout d'environ 7 secondes.

La figure 3c illustre la valeur du débit Q, en moles/seconde en sortie telle qu'elle est pilotée par l'unité de commande selon l'invention. La valeur QS augmente tout d'abord très rapidement, jusqu'à environ 2,5 moles/seconde dans l'exemple illustré, puis plus lentement, jusqu'à atteindre progressivement la valeur de consigne de 3 moles/seconde au bout d'environ 7 secondes.

La figure 3d illustre le pourcentage d'erreurs entre le débit réalisé et le débit de consigne. On constate que le pourcentage d'erreur est faible (à peine plus de 20%) et qu'il se résorbe très rapidement, en pratiquement 4 secondes, alors que dans un système de pilotage de type classique, une durée de 7 à 8 secondes était habituelle.

La figure 3e illustre la valeur de la pression de consigne P, exprimée en hectopascals. On voit que l'augmentation de la pression de consigne est pratiquement analogue à l'augmentation du débit de consigne Qc illustrée sur la figure 3a.

La figure 3f illustre la variation de la pression effective P en hectopascals. Il apparaît sur la courbe de la figure 3f que la pression effective diminue tout d'abord légèrement pendant moins d'une seconde en raison de l'augmentation brutale du débit en sortie Qs commandée conformément à l'invention. La pression P croît ensuite progressivement jusqu'à atteindre la pression de consigne Pc.

Les différentes courbes des figures 4a à 4f illustrent un fonctionnement analogue lors d'une diminution brutale de la puissance demandée.

Comme c'était le cas pour les figures 3a à 3f, les courbes des figures 4a à 4f sont toutes des courbes temporelles.

La figure 4a illustre la valeur du débit de consigne Qe qui diminue sous forme d'un échelon de manière brutale.

La figure 4b montre la variation correspondante commandée du débit à l'entrée Qe montrant une diminution rapide suivie d'une augmentation pour atteindre la valeur de consigne Qc La figure 4c montre que le système de l'invention commande également une diminution brusque du débit en sortie Q, suivie d'une diminution plus lente pour atteindre le débit de consigne Qe.

La figure 4d illustre en pourcentage la valeur de l'erreur c entre le débit réalisé et le débit de consigne montrant une faible erreur de moins de 10% qui diminue très rapidement.

La figure 4e montre la valeur de la pression de consigne P, qui suit pratiquement celle du débit de consigne QC.

La figure 4f illustre les variations de la pression effective P qui montrent une légère augmentation initiale résultant de la diminution brutale du débit de sortie Q, dans la première phase du pilotage. La pression effective revient ensuite progressivement vers la pression de consigne.

Selon la présente invention, on effectue ainsi une commande des débits en entrée et en sortie sur au moins un compartiment de la pile à combustible sans se préoccuper du maintien de la valeur de consigne de la pression, cequi permet d'augmenter notablement la dynamique de réponse en puissance du système.

Dans le cas où la commande des débits est effectuée simultanément sur l'ensemble des compartiments de la pile à combustible, on prend soin de mesurer la pression dans les compartiments anodique et cathodique de la pile à combustible au moyen de capteurs, non représentés sur les figures. Le pilotage de chacun des compartiments anodique et cathodique de la pile à combustible peut alors être fait de manière indépendante et simultanée tout en maintenant la différence de pression entre les deux compartiments inférieure à un seuil prédéterminé, supprimant ainsi tout risque qui aurait pu résulter d'une baisse de pression dans un seul des compartiments de la pile à combustible.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1-Module de puissance pour générer de l'énergie électrique destinée à alimenter un moteur électrique de traction de véhicule automobile (30), du type comprenant un système de pile à combustible (6) présentant un compartiment anodique (15) alimenté en gaz riche en hydrogène et un compartiment cathodique (16) alimenté en air comprimé par un compresseur (12), des moyens de régulation (23, 26) du débit de sortie d'au moins un flux de gaz issu de la pile à combustible et des moyens de commande (29) capables d'agir sur le compresseur (12) et sur les moyens de régulation (23, 26) du débit de sortie, caractérisé par le fait que les moyens de commande (29) sont capables, en cas de variation transitoire rapide de la puissance demandée, de faire varier le débit de gaz à l'entrée et à la sortie d'au moins un compartiment de la pile à combustible (6), dans le même sens que le sens de variation de la puissance demandée.

2-Module de puissance selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de commande comprennent un dispositif régulateur (12) du débit de gaz à l'entrée de la pile à combustible pour faire varier le débit de gaz à l'entrée en fonction d'une variation transitoire rapide de la puissance demandée, lesdits moyens de commande étant capables, simultanément, de commander une variation du débit de gaz à la sortie de la pile à combustible, dans le même sens que le sens de variation de la puissance demandée.

3-Module de puissance selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens de commande sont capables, en cas de variation transitoire rapide de la puissance demandée, de commander, dans une première phase, une variation rapide du débit de gaz à la sortie de la pile à combustible, dans le même sens que le sens de variation de la puissance demandée, puis, dans une deuxième phase, une variation plus lente du débit de gaz à la sortie de la pile à combustible, toujours dans le même sens, jusqu'à atteindre une valeur de consigne correspondant à la puissance demandée.

4-Module de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de régulation des débits de sortie des gaz issus de la pile à combustible comprennent des vannes de régulation (23, 26) commandées par les moyens de commande (29) et montées sur des conduites de sortie des gaz issus des compartiments de la pile à combustible (6).

5-Module de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour mesurer la différence de pression entre les compartiments anodique et cathodique de la pile à combustible et que les moyens de commande sont capables de maintenir cette différence de pression au dessous d'un seuil prédéterminé.

6-Procédé de régulation d'un module de puissance (5) fournissant de l'énergie électrique à un moteur électrique de traction de véhicule automobile, du type comprenant un système de pile à combustible (6) dans lequel on régule le débit de sortie d'au moins un flux de gaz issu de la pile à combustible, caractérisé par le fait qu'en cas de variation transitoire rapide de la puissance demandée, on fait varier le débit de gaz à l'entrée et à la sortie d'au moins un compartiment de la pile à combustible (6), dans le même sens que le sens de variation de la puissance demandée.

7-Procédé de régulation selon la revendications 6, caractérisé par le fait qu'en cas d'augmentation transitoire rapide de la puissance demandée, on augmente à la fois le débit d'entrée et le débit de sortie du compartiment anodique (15) et/ou du compartiment cathodique (16) de la pile à combustible (6).

8-Procédé de régulation selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'on augmente à la fois le débit d'entrée et le débit de sortie du compartiment anodique (15) et du compartiment cathodique (16) de la pile à combustible (6) et qu'on maintient la différence de pression entre les deux compartiments, inférieure à un seuil prédéterminé.

9-Procédé de régulation selon les revendications 7 ou 8 adapté à un module de puissance comprenant un groupe turbocompresseur (11) pour l'alimentation en air comprimé de la pile à combustible, caractérisé par le fait que la quantité de gaz excédentaire résultant de l'augmentation des débits est amenée à l'entrée de la turbine (13) du groupe turbocompresseur.