FR2884057A1 - Systeme de pile a combustible a plusieurs modules et procede de generation d'energie au moyen d'une pile a combustible - Google Patents

Systeme de pile a combustible a plusieurs modules et procede de generation d'energie au moyen d'une pile a combustible Download PDF

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Abstract

Système de pile à combustible pour la génération d'énergie sur un circuit électrique dans un véhicule automobile, alimenté en air et en hydrogène et maintenu en température par un fluide caloporteur véhiculé dans un circuit comprenant des moyens chauffage et des moyens de refroidissement du fluide caloporteur, du type comprenant plusieurs modules (26,27) de pile à combustible alimentés de manière indépendante, en air, en hydrogène et en fluide caloporteur au moyen de vannes d'alimentation commandées (EV1,EV2,EV3) et des moyens de connexion électrique (30,32,34) pour connecter chaque module indépendamment au circuit électrique, caractérisé par le fait que les moyens de connexion électrique sont capables, dans une première configuration de connecter uniquement au moins un premier module au circuit électrique et, dans une deuxième configuration de connecter en série plusieurs modules ou la totalité des modules au circuit électrique.

Description

Système de pile à combustible à plusieurs modules et procédé de génération
d'énergie au moyen d'une telle pile à combustible.
La présente invention est relative à un système de pile à combustible comprenant plusieurs modules alimentés d'une manière indépendante, ainsi qu'un procédé de génération d'énergie sur un circuit électrique de véhicule automobile comprenant un tel système de pile à combustible.
Un système de pile à combustible destiné à générer la puissance électrique nécessaire à l'alimentation d'un moteur de traction de véhicule automobile peut avoir plusieurs architectures. Dans le cas où l'hydrogène alimentant la pile est stocké à bord du véhicule, le système comprend la pile à combustible proprement dite et ses auxiliaires (dispositif d'alimentation en hydrogène, dispositif d'alimentation en air, circuit de refroidissement, etc.). Dans le cas où l'hydrogène est généré à bord du véhicule à partir d'un carburant, tel que de l'essence ou du méthanol, le système comprend la pile proprement dite ainsi qu'un dispositif de reformage et différents organes auxiliaires de ces deux éléments.
En cas de stationnement prolongé du véhicule équipé d'un système de pile à combustible à une température ambiante inférieure à 0 C, la structure de la pile à combustible se trouve elle-même à une température inférieure à 0 C au moment du démarrage du véhicule. Cela entraîne différents inconvénients.
En effet, dans le cas d'un système de pile à combustible comportant un dispositif de reformage, la vapeur d'eau présente dans le reformat oblige à porter la pile à combustible à une température supérieure à 0 C avant le démarrage de la pile à combustible, afin d'empêcher que l'eau contenue dans le reformat ne gèle au contact des canaux de distribution internes de la pile à combustible. La formation d'une couche de glace dans ces canaux empêcherait en effet la diffusion de l'hydrogène vers la membrane et rendrait la pile à combustible inopérante.
Dans le cas d'un système de pile à combustible avec réservoir embarqué d'hydrogène, il convient également d'éliminer l'eau gelée contenue dans la membrane de la pile à combustible avant le démarrage de celle-ci.
La nécessité de porter la pile à combustible préalablement à son démarrage à une température suffisante, supérieure à 0 C, entraîne différentes difficultés. Tout d'abord, l'élévation de la température prend un certain temps. Pendant cette période, la pile à combustible n'est pas opérationnelle, de sorte que le moteur de traction du véhicule automobile doit être alimenté par la batterie d'accumulation dont le véhicule est muni. Cela réduit les possibilités de vitesse et d'accélération du véhicule. De plus, l'énergie nécessaire pour la mise en température de la pile à combustible avant son démarrage diminue le rendement énergétique de l'ensemble du système et augmente notablement la consommation du véhicule automobile.
On a donc cherché à réduire la durée et l'énergie nécessaires à la mise en température de la pile à combustible avant son démarrage.
Le brevet US-A-6 103 410 propose, à cet effet, d'injecter une faible quantité d'hydrogène dans l'air envoyé à la cathode d'une pile à combustible afin de générer, en présence d'un catalyseur, une réaction exothermique. La chaleur ainsi dégagée réchauffe la pile à combustible et supprime la glace qui a pu se former à l'intérieur de celle-ci.
La demande de brevet US-A-2003/0072984 propose d'élever rapidement la température d'une pile à combustible en envoyant de l'air comprimé à l'intérieur de la pile à combustible par un circuit de dérivation évitant le passage du fluide caloporteur par l'échangeur thermique, qui refroidit en fonctionnement normal l'air d'alimentation de la pile à combustible. Lors d'un démarrage à une température inférieure à 0 C, la pile à combustible peut être ainsi dégelée.
La demande de brevet européen EP-A-1 205 992 décrit un dispositif permettant de maintenir le liquide de refroidissement de la pile à combustible dans une enceinte thermiquement isolée, lors des phases d'arrêt de la pile à combustible. Lors du redémarrage, le liquide de refroidissement qui a été maintenu à une température supérieure à 0 C, permet alors de chauffer et éventuellement de dégeler les différents composants du système de pile à combustible.
La demande de brevet WO 2004/021493 (Nissan) décrit un dispositif de démarrage à froid d'une pile à combustible, dans lequel un brûleur à hydrogène réchauffe le liquide de refroidissement afin d'assurer la montée en température de la pile à combustible.
Tous ces dispositifs connus prévoient ainsi la production ou la récupération d'énergie thermique pour le réchauffage de la pile à combustible au moment du démarrage. Ces dispositifs entraînent une augmentation de l'énergie consommée et n'optimisent pas le temps nécessaire à la mise en température de la pile à combustible au moment du démarrage.
La demande de brevet français 01 16563 (Renault) décrit un système de pile à combustible comprenant plusieurs modules alimentés indépendamment les uns des autres. Les modules décrits sont connectés en parallèle, la tension électrique fournie par chaque module étant identique à la tension fournie par l'ensemble du système de pile à combustible. Un tel dispositif ne nécessite donc pas une conversion de tension. Toutefois, il nécessite des modules de dimensions importantes, qui peuvent entraîner des difficultés d'intégration dans le véhicule automobile La présente invention a pour objet un système de pile à combustible pour la génération d'énergie sur un circuit électrique de véhicule automobile qui permet une mise en température de la pile à combustible au démarrage, en particulier lors d'un démarrage par température ambiante inférieure à 0 C, sans augmentation de l'énergie consommée et avec une optimisation du temps nécessaire à la mise en température de la pile à combustible.
La présente invention a pour objet un tel système de pile à combustible, dans lequel l'inertie thermique de la pile à combustible est réduite temporairement pendant la phase de démarrage.
Enfin, le système de pile à combustible selon l'invention est particulièrement simple de mise en oeuvre et ne nécessite pas l'adjonction d'organes supplémentaires d'électronique de puissance.
Dans un mode de réalisation, le système de pile à combustible permet la génération d'énergie sur un circuit électrique dans un véhicule automobile. Le système est alimenté en air et en hydrogène et maintenu en température par un fluide caloporteur véhiculé dans un circuit comprenant des moyens de chauffage et des moyens de refroidissement du fluide caloporteur. Le système est du type comprenant plusieurs modules de pile à combustible alimentés de manière indépendante, en air, en hydrogène et en fluide caloporteur au moyen de vannes d'alimentation commandées. Le système comprend également des moyens de connexion électrique pour connecter chaque module indépendamment au circuit électrique. Les moyens de connexion électrique sont capables, dans une première configuration de connecter uniquement au moins un premier module au circuit électrique et, dans une deuxième configuration de connecter en série plusieurs modules ou la totalité des modules au circuit électrique.
Il est ainsi possible de réduire temporairement l'inertie thermique de la pile à combustible dans son ensemble et de réduire également par voie de conséquence, le temps et l'énergie nécessaires à sa mise en température. La consommation de carburant entraînée par le démarrage de la pile à combustible est donc également réduite, notamment lors du démarrage par températures inférieures à 0 C.
Le circuit électrique comprend généralement un convertisseur de tension monté en amont d'une machine électrique d'entraînement du véhicule automobile. Ce convertisseur permet d'alimenter la machine électrique d'entraînement du véhicule par une batterie d'accumulation électrique. De préférence, dans la première configuration, le premier module est connecté au circuit électrique en amont du convertisseur de tension, alors que la batterie est déconnectée du circuit électrique. Dans la deuxième configuration, les modules sont connectés au circuit électrique en aval du convertisseur de tension et la batterie reste connectée au circuit électrique.
Il n'est donc pas nécessaire, dans cette configuration, de prévoir un convertisseur de tension spécifique pour le seul fonctionnement du premier module de sorte que la conception d'ensemble du système s'en trouve considérablement simplifiée.
Le convertisseur est adapté à la tension fournie par la batterie d'accumulation électrique prévue pour l'alimentation électrique du véhicule automobile. Il suffit donc de concevoir le premier module de façon que sa tension de sortie soit compatible avec la tension d'entrée de ce convertisseur.
Le circuit électrique comprend en outre un dispositif onduleur monté en aval du convertisseur de tension et donc en amont de la machine électrique d'entraînement du véhicule. Dans la deuxième configuration, les modules sont connectés au circuit électrique en aval du convertisseur de tension et donc en amont du dispositif onduleur.
Le système de pile à combustible comprend avantageusement un dispositif de commande capable de piloter les vannes d'alimentation et les moyens de connexion électrique et recevant des informations sur la température du fluide caloporteur en différents points, en provenance de capteurs de température. Le dispositif de commande pilote l'ouverture de la vanne d'alimentation pour alimenter plusieurs modules simultanément en fluide caloporteur lorsque la température du fluide caloporteur est comprise entre deux seuils prédéterminés.
Dès que la température dépasse le premier seuil, le dispositif de commande pilote l'ouverture de la vanne d'alimentation pour alimenter plusieurs modules simultanément en fluide caloporteur. Cela entraîne une augmentation de température des autres modules mais également une diminution de température du premier module. Si cette diminution est trop importante, la température chutant au dessous du deuxième seuil, la vanne d'alimentation est à nouveau pilotée de façon à arrêter l'alimentation des autres modules, seul le premier module étant encore alimenté, et ce, jusqu'à ce que la température remonte au dessus du premier seuil.
Les moyens de chauffage du fluide caloporteur peuvent être quelconques.
Dans un mode de réalisation, ces moyens de chauffage peuvent comprendre un brûleur associé à un échangeur thermique.
Dans ce cas, le dispositif de commande est capable d'arrêter le fonctionnement du brûleur lorsque la température du premier module a atteint une valeur prédéterminée, de piloter les vannes d'alimentation pour alimenter uniquement le premier module en air et en hydrogène et de piloter les moyens de connexion électrique pour connecter uniquement le premier module au circuit électrique.
Selon un autre aspect, l'invention concerne également un procédé de génération d'énergie sur un circuit électrique dans un véhicule automobile équipé d'un système de pile à combustible du type comprenant plusieurs modules de pile à combustible. Selon ce procédé, on connecte au circuit électrique, uniquement au moins un premier module tant que sa température n'a pas atteint une valeur prédéterminée, puis on connecte au circuit électrique plusieurs modules ou la totalité des modules en série lorsque la température du premier module est comprise entre deux seuils prédéterminés.
La connexion du premier module au circuit électrique est faite, de préférence, par l'intermédiaire du convertisseur de tension prévu pour la batterie du véhicule.
L'invention sera mieux comprise à 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 générale des principaux éléments d'un système de pile à combustible selon l'invention; et -la figure 2 illustre également schématiquement l'alimentation et les moyens de connexion électriques dans le cas d'un système de pile à combustible comprenant deux modules indépendants.
On a illustré sur la figure 1, à titre d'exemple, un système de pile à combustible pour la traction d'un véhicule automobile utilisant un dispositif de reformage pour la production d'hydrogène. On comprendra que l'invention puisse également s'appliquer à d'autres types de systèmes, dans lesquels, par exemple, l'hydrogène est contenu dans un réservoir embarqué sur le véhicule.
Tel qu'il est illustré sur la figure 1, le système comprend essentiellement une pile à combustible 1 (notée PAC sur la figure), un reformeur 2 (noté Ref sur la figure) et un groupe motopropulseur 3 (noté ME sur la figure) qui peut comprendre par exemple un moteur électrique, un onduleur et un dispositif réducteur.
Le reformeur 2 est alimenté en carburant contenu dans le réservoir 4 (noté Res sur la figure), le réservoir 4 étant relié au reformeur 2 par la conduite d'alimentation 5. Le reformeur reçoit également de l'air comprimé par un compresseur 6 alimenté en air par la conduite d'entrée d'air 7 et relié au reformeur par la conduite 8. Le reformeur transforme le carburant, qui peut être par exemple de l'essence ou du méthanol, en un gaz riche en hydrogène ou reformat. Le reformeur peut être par exemple du type auto-thermal, dans le cas où le carburant subit à la fois une réaction de vapo-reformage et d'oxydation partielle. Le reformeur 2 doit également être alimenté en 2884057 s eau, qui est généralement récupérée à la sortie de la pile à combustible 1 à l'aide d'un dispositif condenseur. Le circuit d'eau n'a pas été représenté sur la figure 1, afin de ne pas alourdir le schéma.
La pile à combustible 1 est alimentée en air comprimé par la conduite 9 et en gaz riche en hydrogène provenant du reformeur 2 par la conduite 10. En présence d'un catalyseur, comme le platine, l'hydrogène du reformat et l'oxygène de l'air se combinent pour générer un courant électrique et produire de l'eau. L'hydrogène en excès est ramené par la conduite de retour 11 sur le reformeur 2.
L'électricité produite par la pile alimente directement le groupe motopropulseur 3 par la connexion électrique 12, permettant ainsi l'entraînement des roues motrices 13 du véhicule.
Une batterie d'accumulation de puissance 14 (notée BAT sur la figure) peut également alimenter le groupe motopropulseur 3 pendant la phase de démarrage du reformeur 2 et apporter un complément de puissance électrique lors de demandes d'accélération. L'implantation d'une telle batterie est nécessaire dans un système de pile à combustible comportant un reformeur en raison du temps de réponse relativement long du reformeur, qui peut être de l'ordre de 10 secondes. La batterie de puissance 14 est connectée par la connexion électrique 15 à un convertisseur de tension 16, qui permet de transformer la tension de la batterie en une tension compatible avec l'alimentation du moteur électrique du groupe motopropulseur 3.
Alors que la pile à combustible 1 fournit une tension électrique compatible avec celle du moteur électrique, et peut donc être directement connectée au groupe motopropulseur 3 par la connexion électrique 12, la tension de la batterie 14 avant conversion est sensiblement inférieure à la tension électrique nécessaire à l'alimentation du groupe motopropulseur 3. C'est la raison pour laquelle il est nécessaire de prévoir le convertisseur de tension 16.
Pour le bon fonctionnement de la pile à combustible 1, il est nécessaire de maintenir sa température proche d'une valeur nominale, qui est par exemple de 80 à 90 C, pour une pile à combustible du type PEM à membrane échangeuse de protons. La production électrique par la pile à combustible 1 s'accompagnant d'une production de chaleur, la régulation de la température de la pile à combustible 1 nécessite l'utilisation d'un circuit de refroidissement doté d'un radiateur. A cet effet, on a représenté sur la figure 1 le radiateur 17 (noté Rad sur la figure) implanté dans le circuit de refroidissement 18,24 à l'intérieur duquel est véhiculé un fluide caloporteur mis en mouvement par une pompe d'entraînement 19. Le circuit de refroidissement 18,24 comporte également un échangeur thermique 20 couplé à un brûleur 21, qui peut être alimenté en carburant provenant du réservoir 4 par une conduite 22. Le brûleur est également alimenté en air par une conduite d'amenée 23. Enfin, une conduite de by-pass 25, associée à une vanne commandée 25a, permet d'éviter la traversée du radiateur 17 pendant les phases de démarrage et de mise en température de la pile à combustible 1.
On notera que le brûleur 21, associé à l'échangeur thermique 20, peut être remplacé par tout autre dispositif de chauffage du fluide caloporteur dans le circuit 18,24.
La pile à combustible 1 est constituée d'un ensemble de cellules connectées en série. La tension électrique fournie par la pile est la somme des tensions des différentes cellules. Ainsi, dans le cas d'une pile à combustible du type PEM, la tension d'exploitation d'une cellule est d'environ 0,7 V. Pour un moteur électrique de tension nominale de 280 V, il est donc nécessaire de mettre en série 400 cellules individuelles. La puissance de la pile à combustible est la somme des puissances des différentes cellules. La puissance d'une cellule dépend de sa surface active et donc de ses dimensions. La densité de puissance d'une cellule du type PEM est de 0,5 W/cmz environ. Pour un moteur électrique de puissance nominale de 60 kWe, une surface active totale de 1200 dm' est donc nécessaire.
Pour illustrer la présente invention, on a représenté sur la figure 2, à titre schématique, deux modules indépendants, chacun comportant un empilement de cellules, non représenté. Le premier module, référencé 26, est noté MOD1 sur la figure, tandis que le deuxième module, référencé 27, est noté MOD2 sur la figure. Bien entendu, dans un autre mode de réalisation, le premier module 26 pourrait être remplacé par plusieurs modules. De même, le module 27 pourrait être remplacé par plusieurs modules. Dans l'exemple illustré, chacun des modules 26, 27 comporte six connexions de fluide (entrée et sortie du reformat, de l'air comprimé et du fluide caloporteur) et deux connexions électriques (bornes positive et négative).
Dans l'exemple illustré, les deux modules 26, 27 sont connectés en parallèle en ce qui concerne les fluides et en série en ce qui concerne les bornes électriques. C'est ainsi que l'alimentation en air comprimé provenant de la conduite 9 est reliée à l'entrée 9a du premier module 26, comme à l'entrée 9b du deuxième module 27. L'alimentation en reformat par la conduite 10 est reliée à l'entrée 10a du premier module 26 et à l'entrée 10b du deuxième module 27. Enfin, l'alimentation en fluide caloporteur par la conduite 18 est reliée à l'entrée 18a du premier module 26 et à l'entrée 18b du deuxième module 27.
Chacun des modules 26, 27 présente également des orifices de sortie de fluide, tels que, pour le module 26, la sortie d'air 28a, la sortie de reformat en excès lla et la sortie de fluide caloporteur 24a. De la même manière, le deuxième module 27 présente une sortie d'air 28b, une sortie de reformat en excès llb et une sortie de fluide caloporteur 24b.
Trois électrovannes commandées, notées EV1, EV2 et EV3 sur la figure, sont interposées respectivement sur les entrées d'air 9 de reformat 10 et de fluide caloporteur 18, de façon à pouvoir alimenter uniquement le premier module 26 en isolant le deuxième module 27, comme on le verra par la suite.
Les connexions électriques du premier module 26 sont reliées, en ce qui concerne la borne positive 29, à un relais 30, et en ce qui concerne la borne négative 31, à un deuxième relais 32.
La borne positive 33 du deuxième module 27 est reliée à un relais 34, qui permet une connexion électrique en série des deux modules 26, 27 par l'intermédiaire de la connexion 35 qui relie le relais 34 à la borne négative 31 du premier module 26. La borne négative 36 du deuxième module 27 est connectée directement sur la borne d'entrée 37 d'un onduleur 38, lui-même connecté électriquement par les connexions 39 au moteur électrique 3.
Les relais 30 et 32 peuvent être connectés aux entrées 40 du convertisseur de tension 16 par les connexions 41 et 42. Le relais 30 peut en outre être relié directement par la connexion 43 à la borne d'entrée 44 de l'onduleur 38.
Enfin, la batterie 14 peut être connectée aux entrées 40 du convertisseur 16 par l'intermédiaire de deux relais 45 et 46.
Un dispositif de commande 47 est schématiquement représenté sur la figure 2. Il reçoit des informations par une connexion 48 sur la température T du fluide caloporteur en différents points du système de pile à combustible, et en particulier à l'intérieur de chacun des modules 26, 27. Le dispositif de commande 47 est capable de piloter les électrovannes EV1, EV2 et EV3 par des connexions de commande 49. Il est également capable de piloter les différents relais 45, 46, 30, 32 et 34 par une connexion de commande 50.
Les trois relais 30, 32 et 34 permettent de connecter au réseau électrique du véhicule, soit l'ensemble des deux modules 26, 27 en série, soit uniquement le module 26. Lorsque les deux modules 26, 27 sont connectés au réseau, la connexion se fait en amont de l'onduleur 38 par la connexion 36, d'une part, et la connexion 43, d'autre part, la mise en série électrique des modules 26, 27 se faisant par la connexion et le relais 34 en position fermée.
Lorsque le module 26 est seul connecté au réseau, la connexion se fait en amont du convertisseur de tension 16 par les connexions 41, 42, les relais 30, 32 et 34 étant ouverts, comme illustré sur la figure 2.
En mode de fonctionnement normal, c'est-à-dire en-dehors de la période de démarrage, c'est la batterie de puissance 14 qui est connectée à l'entrée du convertisseur de tension 16, les relais 45 et 46 étant en position fermée, c'est-à-dire dans la position qui n'est pas représentée sur la figure 2. Dans ce cas, les deux modules 26, 27 sont connectés à l'entrée de l'onduleur 38 par les connexions 36 et 43. Dans cette position, les relais 30, 32 et 34 sont en position fermée, contrairement à ce qui est représenté sur la figure 2.
Au contraire, lorsque seul le premier module 26 est connecté à l'entrée du convertisseur 40, les relais 30, 32 et 34 étant en position ouverte, les deux relais 45 et 46 sont placés en position ouverte, comme représenté sur la figure 2, de façon à mettre hors circuit la batterie 14.
Si la température de la pile à combustible est inférieure à 0 C, la vanne 25a (figure 1) est pilotée de façon à isoler le radiateur 17. Le fluide caloporteur est chauffé par le brûleur 21 et circule par la conduite de by-pass 25. De plus, l'électrovanne EV3 est pilotée par le dispositif de commande 47, de façon à isoler le deuxième module 27. Le fluide caloporteur ne circule que dans le premier module 26, ce qui permet d'obtenir une montée en température très rapide de ce premier module. Dès que le premier module 26 a atteint une température supérieure à 0 C, le fonctionnement du brûleur 21 est arrêté, de façon à réduire la consommation de carburant. Simultanément, le premier module 26 est alimenté en air et en reformat, alors que le deuxième module 27 n'est pas alimenté grâce à un pilotage approprié des électrovannes EV1 et EV2. Dès que le premier module 26 est alimenté en air et en reformat, il est connecté à l'entrée du convertisseur de tension 16, tandis que la batterie 14 est déconnectée grâce à une action sur les différents relais commandés par le dispositif de commande 47.
Ainsi, c'est le premier module 26 qui alimente en électricité le moteur électrique 3 du véhicule, avec toutefois une puissance maximale moindre que la puissance qui pourrait être fournie par la pile à combustible complète.
La production d'électricité par le premier module 26 s'accompagne de production de chaleur. Cette chaleur est transmise au fluide caloporteur qui circule dans le premier module 26. Tant que la température du fluide caloporteur est inférieure à un seuil prédéterminé T,, le dispositif de commande 47 pilote les électrovannes et les relais, de façon à faire uniquement fonctionner le premier module 26, le fluide caloporteur ne traversant pas le deuxième module 27.
Lorsque la température du fluide caloporteur à l'intérieur du premier module 26 dépasse le premier seuil T,, l'électrovanne EV3 est pilotée de façon à faire circuler le fluide caloporteur dans les deux modules 26 et 27 à la fois. Cela entraîne une augmentation de la température du deuxième module 27, et simultanément une diminution de la température du premier module 26. Il y a lieu d'éviter que la température du premier module 26 ne descende au-dessous d'un deuxième seuil prédéterminé T2, ce seuil étant inférieur au premier seuil T,. Si la température du fluide caloporteur dans le premier module 26 descend en dessous du deuxième seuil T2, l'électrovanne EV3 est à nouveau pilotée par le dispositif de commande 47, de façon à arrêter la circulation du fluide caloporteur dans le deuxième module 27.
Lorsque le deuxième module 27 a atteint une température supérieure à 0 C, il est alimenté en air et en reformat par pilotage des électrovannes EV1 et EV2 par le dispositif de commande 47. Le deuxième module participe alors à la production d'électricité et les relais 30, 32 et 34 sont commandés de façon à connecter les deux modules 26 et 27 en série, comme indiqué précédemment, à la sortie du convertisseur de tension 16 ou, ce qui revient au même, à l'entrée de l'onduleur 38 par les connexions électriques 36 et 43.
Lorsque la température du fluide caloporteur dans les deux modules 26 et 27 atteint leur température nominale de fonctionnement, par exemple de l'ordre de 80 à 90 C, la vanne 25a est commandée de façon à laisser passer le fluide caloporteur à travers le radiateur 17, de façon à assurer la régulation de la température.
Grâce à la présente invention, seule une partie de la pile à combustible, constituée dans l'exemple illustré par le module 26, est portée à une température positive, même si l'environnement est à une température inférieure à 0 C, en un temps relativement court. Le temps et l'énergie thermique nécessaires pour démarrer cette seule partie, par exemple le seul premier module, sont nettement moindres que dans le cas de la pile à combustible complète. La production électrique commence rapidement, ce qui permet d'éviter de puiser dans la batterie. Par ailleurs, le chauffage du deuxième module 27 peut être obtenu en partie par la chaleur générée par le premier module 26, réduisant ainsi la consommation de carburant.
La présente invention permet également d' assurer la compatibilité des tensions électriques en utilisant le convertisseur de tension normalement utilisé avec la batterie, ce qui permet d'éviter l'implantation d'un convertisseur supplémentaire.
Bien entendu, la pile à combustible pourrait être constituée de plus de deux modules indépendants.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1-Système de pile à combustible pour la génération d'énergie sur un circuit électrique dans un véhicule automobile, alimenté en air et en hydrogène et maintenu en température par un fluide caloporteur véhiculé dans un circuit comprenant des moyens chauffage et des moyens de refroidissement du fluide caloporteur, du type comprenant plusieurs modules (26,27) de pile à combustible alimentés de manière indépendante, en air, en hydrogène et en fluide caloporteur au moyen de vannes d'alimentation commandées (EV1,EV2,EV3) et des moyens de connexion électrique (30,32,34) pour connecter chaque module indépendamment au circuit électrique, caractérisé par le fait que les moyens de connexion électrique sont capables, dans une première configuration de connecter uniquement au moins un premier module au circuit électrique et, dans une deuxième configuration de connecter en série plusieurs modules ou la totalité des modules au circuit électrique.
2-Système de pile à combustible selon la revendication 1, dans lequel le circuit électrique comprend un convertisseur de tension (16) monté en amont d'une machine électrique d'entraînement (3) du véhicule automobile, caractérisé par le fait que, dans la première configuration, le premier module (26) est connecté au circuit électrique en amont du convertisseur de tension (16), tandis que, dans la deuxième configuration, l'ensemble des modules (26,27) est connecté au circuit électrique en aval du convertisseur de tension (16).
3-Système de pile à combustible selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le convertisseur (16) est adapté à la tension fournie par une batterie d'accumulation électrique (14) prévue pour l'alimentation électrique du véhicule automobile.
4-Système de pile à combustible selon les revendications 2 ou 3, dans lequel le circuit électrique comprend en outre un dispositif onduleur (38) monté en aval du convertisseur de tension (16), caractérisé par le fait que dans la deuxième configuration, l'ensemble des modules est connecté au circuit électrique en amont du dispositif onduleur.
5-Système de pile à combustible selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif de commande (47) capable de piloter les vannes d'alimentation (EV1,EV2,EV3) et les moyens de connexion électrique (30,32,34) et recevant des informations sur la température du fluide caloporteur en différents points, en provenance de capteurs de température, le dispositif de commande pilotant l'ouverture de la vanne d'alimentation (EV3) pour alimenter plusieurs modules (26,27) simultanément en fluide caloporteur lorsque la température du fluide caloporteur est comprise entre deux seuils prédéterminés.
6-Système de pile à combustible selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens de chauffage du fluide caloporteur comprennent un brûleur (21) associé à un échangeur thermique (20).
7-Système de pile à combustible selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le dispositif de commande est capable d'arrêter le fonctionnement du brûleur (21) lorsque la température du premier module (26) a atteint une valeur prédéterminée, de piloter les vannes d'alimentation (EV1,EV2) pour alimenter uniquement le premier module en air et en hydrogène et de piloter les moyens de connexion électrique(30, 32,34) pour connecter uniquement le premier module (26) au circuit électrique.
8-Procédé de génération d'énergie sur un circuit électrique 30 dans un véhicule automobile équipé d'un système de pile à combustible du type comprenant plusieurs modules de pile à combustible, caractérisé par le fait qu'on connecte au circuit électrique, uniquement au moins un premier module (26) tant que sa température n'a pas atteint une valeur prédéterminée, puis qu'on connecte au circuit électrique plusieurs modules ou la totalité des modules en série (26,27) lorsque la température du premier module est comprise entre deux seuils prédéterminés.
9-Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la connexion du premier module (26) au circuit électrique est faite par l'intermédiaire du convertisseur de tension (16) prévu pour la batterie (14) du véhicule.
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