FR2906936A1 - Dispositif et procede de gestion de l'alimentation en courant electrique d'un moteur electrique de vehicule automobile - Google Patents

Dispositif et procede de gestion de l'alimentation en courant electrique d'un moteur electrique de vehicule automobile Download PDF

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Abstract

Le dispositif de gestion de l'alimentation en courant électrique d'un moteur électrique de véhicule automobile est muni d'un système de pile à combustible (6) et de moyens de stockage et de déstockage (5) d'énergie électrique pour alimenter le moteur électrique (1). Ledit système de pile à combustible (6) comprend des moyens d'alimentation en hydrogène de la pile à combustible. Le dispositif comprend des moyens de guidage (10) par localisation géographique, et des moyens de commande (18) d'une alimentation additionnelle du moteur électrique (1), directement par la pile à combustible, en fonction d'informations géographiques transmises par lesdits moyens de guidage (10).

Description

1 Dispositif et procédé de gestion de l'alimentation en courant électrique
d'un moteur électrique de véhicule automobile La présente invention concerne un dispositif et un procédé de gestion d'un système de pile à combustible embarqué sur un véhicule automobile muni d'un moteur électrique. Les piles à combustible sont utilisées pour fournir de l'énergie dans des applications stationnaires, ainsi que dans le domaine aéronautique ou automobile. Le développement de ces piles en vue de leur intégration dans des véhicules automobiles met en lumière de nouvelles contraintes. Le module de puissance embarqué sur un véhicule automobile comprend une pile à combustible, des moyens de fourniture d'hydrogène, par exemple un reformeur ou un réservoir, et des moyens de fourniture d'oxygène, par exemple un groupe de compression d'air. La pile à combustible produit de l'énergie électrique à partir de l'hydrogène et de l'oxygène. Le temps nécessaire au démarrage d'un système de pile à combustible avec reformage ne permet pas au moteur électrique de fournir au véhicule de bonnes performances de vitesse et d'accélération dès l'activation du système de pile à combustible. La demande de brevet français FR 2 815 302 propose de procéder au démarrage du système de pile à combustible avant la mise en route du véhicule. Un tel système est de grande complexité et coûteux, car il nécessite une interface de programmation de l'activation anticipée du système de pile à combustible, et un dispositif de réception de commande à distance. La demande de brevet internationale WO 02/29918 divulgue un système permettant de maintenir en permanence le système de pile à 2906936 2 combustible en température. Ce maintien en température est assuré par une petite pile auxiliaire associée à la pile principale. Un tel système présente une forte complexité et coût, car il nécessite l'ajout d'une pile supplémentaire.
5 La demande de brevet US 2002/0058171 propose une isolation thermique du liquide de refroidissement de la pile après l'arrêt de cette dernière. Lors d'un redémarrage, le liquide ayant été maintenu chaud, permet de chauffer le système de pile à combustible. Toutefois si la durée séparant l'arrêt et le redémarrage du véhicule est trop long, le 10 liquide devient froid et ne peut plus chauffer la pile au redémarrage. Un but de l'invention est d'améliorer la gestion de l'alimentation en courant électrique d'un moteur électrique de véhicule automobile muni d'un système de pile à combustible en fonction de l'endroit, ou plus particulièrement d'un type de zone géographique dans lequel se 15 trouve le véhicule, ce à faible coût, et avec une complexité réduite. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un dispositif de gestion de l'alimentation en courant électrique d'un moteur électrique de véhicule automobile muni d'un système de pile à combustible et de moyens de stockage et de déstockage d'énergie électrique pour alimenter 20 le moteur électrique. Ledit système de pile à combustible comprend des moyens d'alimentation en hydrogène de la pile à combustible. Le dispositif comprend des moyens de guidage par localisation géographique, et des moyens de commande d'une alimentation additionnelle du moteur électrique, directement par la pile à 25 combustible, en fonction d'informations géographiques transmises par lesdits moyens de guidage. Ainsi, lorsque le véhicule se trouve dans une zone géographique dans laquelle il ne peut rouler qu'à faible vitesse, par exemple en agglomération, le moteur électrique est uniquement alimenté en énergie 2906936 3 électrique par les moyens de stockage et de déstockage d'énergie électrique. En outre, lorsque le véhicule se trouve dans une autre zone géographique dans laquelle il peut rouler à plus grande vitesse, le dispositif selon l'invention permet d'alimenter le moteur électrique avec 5 une alimentation électrique supplémentaire directement fournie par la pile à combustible, car l'énergie électrique fournie uniquement par les moyens de stockage et de déstockage ne suffit alors pas pour que le véhicule puisse avoir une vitesse et une accélération satisfaisant le conducteur.
10 Selon un mode de réalisation, lesdites informations géographiques comprennent la position du véhicule, un paramètre représentatif d'une zone géographique prédéterminée dans laquelle le véhicule se situe, et une distance séparant le véhicule, situé dans une première zone géographique, d'une deuxième zone géographique.
15 En fonction de ces informations, les moyens de commande gèrent de manière améliorée l'alimentation en énergie électrique du moteur électrique. Selon un mode de réalisation, les moyens d'alimentation en hydrogène de la pile à combustible comprennent un reformeur. Les 20 moyens de commande sont adaptés pour mettre en marche le système de pile à combustible lorsque le véhicule est situé dans la première zone géographique, dans laquelle le moteur électrique est uniquement alimenté par les moyens de stockage et de déstockage, et approche de la deuxième zone géographique, de sorte que, lorsque le véhicule pénètre 25 dans la deuxième zone géographique, la pile à combustible fournit son énergie nominale au moteur électrique. Ainsi, comme un reformeur nécessite un temps de l'ordre de quelques minutes pour sa mise en température permettant un fonctionnement optimal, l'invention permet d'anticiper l'arrivée du 2906936 4 véhicule dans une zone géographique dans laquelle elle aura besoin de toute l'énergie fournie par la pile à combustible pour que le véhicule puisse avoir une vitesse et une accélération suffisantes pour lesquelles la seule alimentation par les moyens de stockage et de déstockage est 5 insuffisante. En outre, si la zone géographique dans laquelle l'alimentation du moteur électrique par les moyens de stockage et de déstockage d'énergie électrique est suffisante, le module de puissance étant arrêté, il ne rejette aucune émission et ne pollue pas, ce qui peut être obligatoire dans une telle zone de roulage, par exemple urbaine.
10 Selon un mode de réalisation, les moyens de commande sont adaptés pour arrêter le système de pile à combustible lorsque le véhicule quitte la deuxième zone géographique et pénètre dans la première zone géographique, de sorte que, lorsque le véhicule pénètre dans la première zone géographique, le moteur électrique est uniquement alimenté par les 15 moyens de stockage et de déstockage d'énergie électrique. Ainsi, lorsque le véhicule se trouve dans une zone géographique dans laquelle il doit pouvoir circuler rapidement, et qu'il pénètre dans une zone géographique dans laquelle sa vitesse doit être réduite, et par exemple dans laquelle aucune émission polluante ne doit être émise, le 20 dispositif arrête le système de pile à combustible, et le moteur électrique du véhicule est uniquement alimenté par les moyens de stockage et de déstockage d'énergie électrique. Selon un mode de réalisation, les moyens de commande sont adaptés pour mettre en marche le système de pile à combustible lorsque 25 ladite distance est inférieure à une distance de seuil. Grâce à cette anticipation, dès que le moteur électrique peut avoir besoin de l'énergie nominale fournie par la pile à combustible, celle-ci sera disponible immédiatement.
2906936 5 En variante, les moyens de commande sont adaptés pour évaluer un premier délai de parcours de ladite distance, à partir desdites informations géographiques transmises par lesdits moyens de guidage et de la vitesse du véhicule, et mettre en marche le système de pile à 5 combustible lorsque ledit premier délai est inférieur à un premier délai de seuil. Une telle anticipation permet d'avoir une précision améliorée pour la gestion de la mise en marche du système de pile à combustible. En variante, les moyens de commande sont adaptés pour évaluer 10 un deuxième délai de parcours de ladite distance, à partir desdites informations géographiques transmises par lesdits moyens de guidage et d'une vitesse moyenne du véhicule calculée depuis un intervalle de temps prédéterminé, et sont adaptés pour mettre en marche le système de pile à combustible lorsque ledit deuxième délai est inférieur à un 15 deuxième délai de seuil. Une telle anticipation permet d'avoir une précision améliorée pour la gestion de la mise en marche du système de pile à combustible. Selon un mode de réalisation, les moyens d'alimentation en hydrogène de la pile à combustible comprennent un réservoir 20 d'hydrogène. Les moyens de commande sont adaptés pour mettre en marche le système de pile à combustible lorsque le véhicule est situé dans la première zone géographique dans laquelle le moteur électrique est uniquement alimenté par les moyens de stockage et de déstockage et pénètre dans la deuxième zone géographique, de sorte que, lorsque le 25 véhicule pénètre dans la deuxième zone géographique, la pile à combustible fournit son énergie nominale au moteur électrique. Selon un mode de réalisation, les moyens de commande sont adaptés pour arrêter le système de pile à combustible lorsque le véhicule quitte la deuxième zone géographique et pénètre dans la première zone 2906936 6 géographique, de sorte que, lorsque le véhicule pénètre dans la deuxième zone géographique, le moteur électrique est uniquement alimenté par les moyens de stockage et de déstockage d'énergie électrique.
5 Les zones géographiques peuvent ainsi être prédéterminées en fonction du réseau de distribution d'hydrogène, qui ne peut se développer que progressivement. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend, en outre, des moyens actionnables par le conducteur, pour commander la mise en 10 marche ou l'arrêt du système de pile à combustible. Le conducteur peut ainsi prendre la décision lui-même, et l'imposer, notamment en cas de dysfonctionnement du dispositif. Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un procédé de gestion de l'alimentation en courant électrique d'un moteur 15 électrique de véhicule automobile muni d'un système de pile à combustible et de moyens de stockage et de déstockage d'énergie électrique pour alimenter le moteur électrique. Ledit système de pile à combustible comprend des moyens d'alimentation en hydrogène de la pile à combustible. On commande une alimentation additionnelle du 20 moteur électrique, directement par la pile à combustible, en fonction d'informations géographiques transmises par des moyens de guidage par localisation géographique. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à 25 titre d'exemple nullement limitatif, et faite en référence au dessin annexé, représentant un dispositif selon un aspect de l'invention. Tel qu'illustré sur la figure, un moteur électrique 1 de véhicule automobile entraîne en rotation un train 2 du véhicule comprenant deux roues motrices 3 et 4. Le moteur électrique 1 peut être alimenté en 2906936 7 courant électrique par une batterie 5 et/ou un système de pile à combustible 6 comprenant une pile à combustible. La pile à combustible est alimentée en hydrogène par du gaz de reformat fourni, par un reformeur. Un réservoir 7 alimente en carburant le reformeur du système 5 de pile à combustible 6 par un conduit 7a. Un câble électrique 8 relie électriquement la pile à combustible et le moteur électrique 2, et un câble électrique 9 relie la batterie 5 et le câble électrique 8. En variante, le réservoir 7 peut être un réservoir d'hydrogène permettant d'alimenter directement en hydrogène la pile à combustible.
10 Le véhicule est en outre muni d'un module de guidage par localisation géographique 10, d'une unité de commande électronique 1l, et d'un élément 12 actionnable par le conducteur, comme un bouton poussoir, une pédale, un levier ou une interface vocale, pour transmettre à l'unité de commande électronique 11 un ordre de mise en marche ou 15 d'arrêt du système de pile à combustible 6 de manière manuelle, notamment en cas de dysfonctionnement du dispositif. L'unité de commande électronique 11 est connectée au module de guidage par localisation géographique 10 et à l'élément 12 actionnable par le conducteur, respectivement par des connexions 13 et 14. En outre, 20 l'unité de commande électronique 11 est connectée au moteur électrique 1, à la batterie 5, au système de pile à combustible 6 et au réservoir 7 respectivement par des connexions 15, 16, 17 et 19. Toutes les connexions reliant l'unité de contrôle électronique 11 aux divers éléments du dispositif permettent à un module de commande 25 18 de l'unité de commande électronique 11 de recevoir des informations et de commander le dispositif. Le module de guidage par localisation géographique 10 fournit à l'unité de commande électronique 11 une information de localisation géographique du véhicule et une information représentative du type de 2906936 8 zone géographique dans laquelle il se trouve, en fonction de zones géographiques prédéterminées. En d'autres termes, le module de guidage par localisation géographique 10 détermine si le véhicule se trouve dans une zone géographique dans laquelle une vitesse et une accélération 5 réduites sont suffisantes, par exemple lors de roulage en milieu urbain, une telle première zone géographique pouvant impliquer une interdiction d'émission de rejet polluants par le véhicule. En effet, il est possible qu'un type de zone géographique dite ZEV ("Zero Emission Vehicle" en langue anglaise) soit instaurée, 10 notamment dans les centres urbains afin de limiter la pollution de l'air. Dans un tel cas, le module de commande 18 gère le fonctionnement du moteur électrique 1 de sorte qu'il soit alimenté en courant électrique uniquement par la batterie 5, car il circule en milieu urbain avec interdiction de rejeter des émissions polluantes. Lorsque le 15 véhicule se rapproche d'une autre zone géographique prédéterminée, dans laquelle le véhicule peut rouler plus vite, qui n'est plus une zone ZEV, mais une zone géographique dite MIXTE, le module de guidage par localisation géographique 10 du véhicule en informe l'unité de commande électronique 11.
20 Le module de commande 18 commande alors la mise en marche du système de pile à combustible, ou en d'autres termes le démarrage du reformeur et sa mise en température, de sorte que, lorsque le véhicule pénètre dans cette deuxième zone géographique, dans laquelle il doit pouvoir avoir une vitesse et une accélération importantes, le moteur 25 électrique 1 est également alimenté en énergie électrique par la pile à combustible, et son alimentation est mixte (zone MIXTE). Ainsi, lorsque le véhicule passe d'une première zone géographique dans laquelle la vitesse et l'accélération du véhicule doivent être réduites, à une deuxième zone géographique dans laquelle 2906936 9 la vitesse et l'accélération du véhicule doivent pouvoir être importantes, le conducteur peut immédiatement disposer d'une alimentation en énergie électrique suffisante pour le moteur électrique 1 s'il veut imposer une vitesse ou une accélération importante au véhicule. Dans 5 une telle zone géographique, il ne serait alors pas interdit de rejeter des émissions polluantes en respectant les normes imposées. Le module de guidage par localisation géographique 10 transmet au module de commande 18 des informations géographiques comprenant la position du véhicule, un paramètre représentatif d'une zone 10 géographique prédéterminée dans laquelle le véhicule se situe, par exemple la première zone géographique correspondant à un milieu urbain, et une distance séparant le véhicule, de la deuxième zone géographique. Le module de commande 18 est capable de mettre en marche le 15 système de pile à combustible lorsque la distance délivrée par le module de guidage 10 est inférieure à une distance de seuil. En variante, le module de commande 18 est capable d'évaluer un premier délai de parcours de la distance délivrée par le module de guidage 10, à partir des informations géographiques transmises par le 20 module de guidage 10 et de la vitesse du véhicule. Ainsi, le module de commande 18 peut mettre en marche le système de pile à combustible 6 lorsque le premier délai est inférieur à un premier délai de seuil. En variante, le module de commande 18 est capable d'évaluer un deuxième délai de parcours de la distance délivrée par le module de 25 guidage 10, à partir des informations géographiques transmises par le module de guidage 10 et d'une vitesse moyenne du véhicule, calculée depuis un intervalle de temps prédéterminé, à partir de la vitesse du véhicule. Ainsi, le module de commande 18 peut mettre en marche le 2906936 10 système de pile à combustible 6 lorsque le deuxième délai est inférieur à un deuxième délai de seuil. Le module de commande 18 est donc capable, de plusieurs manière possible, d'évaluer précisément l'instant auquel il doit mettre 5 en marche le système de pile à combustible 6, afin que le moteur électrique 1 puisse recevoir un courant électrique suffisant dès que le véhicule quitte la première zone géographique et pénètre dans la deuxième zone géographique. Dans le cas inverse, où le véhicule circule dans la deuxième zone 10 géographique, avec le moteur électrique 1 alimenté directement en courant électrique par la pile à combustible et par la batterie 5, le module de commande 18 arrête le système de pile à combustible 6 lorsque le véhicule quitte la deuxième zone géographique et pénètre dans la première zone géographique, de sorte que, lorsque le véhicule 15 pénètre dans la première zone géographique, le moteur électrique 1 soit uniquement alimenté par la batterie 5, et n'émet aucun rejet. En variante, l'alimentation en hydrogène de la pile à combustible peut s'effectuer directement à partir d'un réservoir d'hydrogène. Aussi, un tel véhicule n'émet plus de gaz polluants lorsque la 20 pile à combustible fonctionne, car celle-ci est alimenté directement par de l'hydrogène pur stocké dans le réservoir 7. Le module de commande 18 met en marche le système de pile à combustible lorsque le véhicule, situé dans la première zone géographique, dans laquelle le moteur électrique 1 est uniquement 25 alimenté par la batterie 5, pénètre dans la deuxième zone géographique, dans laquelle il doit pouvoir atteindre des vitesses plus élevées et fournir des accélérations plus importantes, pour lesquelles une alimentation électrique supplémentaire est nécessaire.
2906936 11 A l'inverse, le module de commande 18 arrête le système de pile à combustible lorsque le véhicule, situé dans la deuxième zone géographique, dans laquelle le moteur électrique 1 est alimenté par la batterie 5 et la pile à combustible, pénètre dans la première zone 5 géographique. Ainsi, pour les trajets en centre urbains, à vitesse réduite, le moteur électrique 1 est uniquement alimenté par la batterie 5, afin de limiter la consommation d'hydrogène, réservée pour des trajets dans des zones géographiques moins peuplées, dans lesquelles le véhicule peut 10 parfois rouler à une vitesse plus soutenue, et sur des distances plus longues. L'invention permet d'améliorer la gestion d'un système de pile à combustible embarqué à bord d'un véhicule automobile. 15

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de gestion de l'alimentation en courant électrique d'un moteur électrique (1) de véhicule automobile muni d'un système de pile à combustible (6) et de moyens de stockage et de déstockage (5) d'énergie électrique pour alimenter le moteur électrique (1), ledit système de pile à combustible (6) comprenant des moyens d'alimentation en hydrogène de la pile à combustible, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de guidage (10) par localisation géographique, et des moyens de commande (18) d'une alimentation additionnelle du moteur électrique (1), directement par la pile à combustible, en fonction d'informations géographiques transmises par lesdits moyens de guidage (10).
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel, lesdites informations géographiques comprennent la position du véhicule, un paramètre représentatif d'une zone géographique prédéterminée dans laquelle le véhicule se situe, et une distance séparant le véhicule, situé dans une première zone géographique, d'une deuxième zone géographique.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel, lesdits moyens d'alimentation en hydrogène de la pile à combustible comprennent un reformeur, et lesdits moyens de commande (18) sont adaptés pour mettre en marche le système de pile à combustible (6) lorsque le véhicule est situé dans la première zone géographique, dans laquelle le moteur électrique (1) est uniquement alimenté par les moyens de stockage et de déstockage (5), et approche de la deuxième zone géographique, de sorte que, lorsque le véhicule pénètre dans la deuxième zone géographique, la pile à combustible fournit son énergie nominale au moteur électrique (1). 2906936 13
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel lesdits moyens de commande (18) sont adaptés pour arrêter le système de pile à combustible lorsque le véhicule quitte la deuxième zone géographique et pénètre dans la première zone géographique, de sorte 5 que, lorsque le véhicule pénètre dans la première zone géographique, le moteur électrique (1) est uniquement alimenté par les moyens de stockage et de déstockage (5) d'énergie électrique.
5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel, lesdits moyens de commande (18) sont adaptés pour mettre en marche le 10 système de pile à combustible lorsque ladite distance est inférieure à une distance de seuil.
6. Dispositif selon l'une des revendication 3 à 5, dans lequel, lesdits moyens de commande (18) sont adaptés pour évaluer un premier délai de parcours de ladite distance, à partir desdites 15 informations géographiques transmises par lesdits moyens de guidage (10) et de la vitesse du véhicule, et mettre en marche le système de pile à combustible (6) lorsque ledit premier délai est inférieur à un premier délai de seuil.
7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel, 20 lesdits moyens de commande (18) sont adaptés pour évaluer un deuxième délai de parcours de ladite distance, à partir desdites informations géographiques transmises par lesdits moyens de guidage (10) et d'une vitesse moyenne du véhicule calculée depuis un intervalle de temps prédéterminé, et sont adaptés pour mettre en 25 marche le système de pile à combustible lorsque ledit deuxième délai est inférieur à un deuxième délai de seuil.
8. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel, lesdits moyens d'alimentation en hydrogène de la pile à combustible comprennent un réservoir d'hydrogène, et lesdits moyens de commande (18) sont adaptés pour mettre en marche le système de pile 2906936 14 à combustible (6) lorsque le véhicule est situé dans la première zone géographique dans laquelle le moteur électrique (1) est uniquement alimenté par les moyens de stockage et de déstockage (5) et pénètre dans la deuxième zone géographique, de sorte que, lorsque le véhicule 5 pénètre dans la deuxième zone géographique, la pile à combustible fournit son énergie nominale au moteur électrique (1).
9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel, lesdits moyens de commande (18) sont adaptés pour arrêter le système de pile à combustible lorsque le véhicule quitte la deuxième zone 10 géographique et pénètre dans la première zone géographique, de sorte que, lorsque le véhicule pénètre dans la deuxième zone géographique, le moteur électrique (1) est uniquement alimenté par lesdits moyens de stockage et de déstockage (5) d'énergie électrique.
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, 15 comprenant, en outre, des moyens (12) actionnables par le conducteur, pour commander la mise en marche ou l'arrêt du système de pile à combustible (6).
11. Procédé de gestion de l'alimentation en courant électrique d'un moteur électrique (1) de véhicule automobile muni 20 d'un système de pile à combustible (6) et de moyens de stockage et de déstockage (5) d'énergie électrique pour alimenter le moteur électrique (1), ledit système de pile à combustible (6) comprenant des moyens d'alimentation en hydrogène de la pile à combustible, caractérisé en ce que l'on commande une alimentation additionnelle du moteur 25 électrique (1), directement par la pile à combustible, en fonction d'informations géographiques transmises par des moyens de guidage (10) par localisation géographique.
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