FR2917239A1 - Dispositif de commande d'un circuit d'alimentation en air d'un systeme de pile a combustible. - Google Patents
Dispositif de commande d'un circuit d'alimentation en air d'un systeme de pile a combustible. Download PDFInfo
- Publication number
- FR2917239A1 FR2917239A1 FR0755472A FR0755472A FR2917239A1 FR 2917239 A1 FR2917239 A1 FR 2917239A1 FR 0755472 A FR0755472 A FR 0755472A FR 0755472 A FR0755472 A FR 0755472A FR 2917239 A1 FR2917239 A1 FR 2917239A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- values
- air supply
- supply circuit
- fuel cell
- parameters
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
- H01M8/04373—Temperature; Ambient temperature of auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
- H01M8/04395—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
- H01M8/04402—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode exhausts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
- H01M8/0441—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode exhausts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
- H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
- H01M8/04425—Pressure; Ambient pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
- H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04111—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants using a compressor turbine assembly
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Fuzzy Systems (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
Abstract
L'invention concerne un dispositif de commande d'un circuit d'alimentation en air d'un système de pile à combustible (1, 2), notamment pour véhicule automobile, le circuit d'alimentation en air comprenant un compresseur d'air (3) entraîné par un moteur électrique (4), des vannes commandées de régulation de débit et de pression (6, 20, 21), et des capteurs (28, 44, 36, 34) de mesures de valeurs de paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air. Le dispositif comprend des moyens d'estimation des valeurs desdits paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air, et des moyens de commande du moteur électrique (4) et des vannes de régulation (6, 20, 21) à partir de valeurs de consigne desdits paramètres et des valeurs desdits paramètres estimées par les moyens d'estimation et fournies par une boucle de rétroaction.
Description
B07/0866FR ù GBR/EVH
Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Dispositif de commande d'un circuit d'alimentation en air d'un système de pile à combustible
Invention de : LE LAY Vincent ROMANI Nicolas BEAUVOIS Dominique GODOY Emmanuel
2 Dispositif de commande d'un circuit d'alimentation en air d'un système de pile à combustible
L'invention porte sur un système de pile à combustible muni d'une unité de commande électronique et d'un circuit d'alimentation en air. Les piles à combustible sont utilisées pour fournir de l'énergie soit pour des applications stationnaires, soit 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. En particulier, pour des véhicules équipés de piles à combustible, il est nécessaire de pouvoir gérer précisément le fonctionnement du circuit d'alimentation en air de la pile. Or, les débitmètres actuels ne sont pas à la fois suffisamment rapides et suffisamment précis pour permettre une gestion efficace du circuit d'alimentation en air du système de pile à combustible. En effet, le temps de réponse d'un débitmètre est généralement inférieur à la seconde, pour une précision de l'ordre de 1 % de la mesure. Dans la demande de brevet japonais JP 2000 021432, il a été imaginé le doublement du nombre de débitmètres en remplaçant un débitmètre par deux débitmètres disposés en série, l'un suffisamment rapide, et l'autre suffisamment précis. Toutefois, cette solution a un coût élevé. L'invention a pour but de proposer une solution qui permette d'améliorer la commande du circuit d'alimentation en air d'un système de pile à combustible, à coût réduit.
3 Plus particulièrement, l'invention vise à pouvoir respecter un temps de réponse maximal pour le passage d'une première puissance à fournir par la pile à une deuxième puissance à fournir. I1 est proposé, selon un aspect de l'invention, un dispositif de commande d'un système de pile à combustible, notamment pour véhicule automobile. Le circuit d'alimentation en air comprend un compresseur d'air entraîné par un moteur électrique, des vannes commandées de régulation de débit et de pression, et des capteurs de mesures de valeurs de paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air. Le dispositif comprend des moyens d'estimation des valeurs desdits paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air, et des moyens de commande du moteur électrique et des vannes de régulation à partir de valeurs de consigne desdits paramètres et des valeurs desdits paramètres estimées par les moyens d'estimation et fournies par une boucle de rétroaction. L'utilisation de valeurs estimées des paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air est nettement plus rapide que d'utiliser des valeurs de mesures de ces paramètres, qui sont plus lentes à cause des temps de fonctionnement des capteurs. Le temps de réponse des moyens de commande du moteur électrique et des vannes de régulation du circuit d'alimentation en air est alors amélioré. Ainsi, à coût réduit, la précision et le temps de réponse de commande du circuit d'alimentation en air du système de pile à combustible sont améliorés. Dans un mode de réalisation, les moyens d'estimation sont pourvus d'entrées recevant les valeurs desdits paramètres mesurées par les capteurs de mesures, et recevant les commandes du moteur électrique et des vannes de régulation délivrées par les moyens de
4 commande, et les moyens d'estimations sont adaptés pour estimer les valeurs desdits paramètres et les transmettre aux moyens de commande par ladite boucle de rétroaction reliant les moyens d'estimation aux moyens de commande.
Dans un mode de réalisation, les moyens d'estimation comprennent une cartographie représentative du fonctionnement du circuit d'alimentation en air. En divers points de fonctionnement du circuit d'alimentation en air, un système non linéaire représentatif du fonctionnement du circuit d'alimentation en air est linéarisé, de manière à obtenir un ensemble de cartographies ou modèles d'état. Dans cet ensemble de cartographies, on sélectionne une cartographie moyenne représentant le fonctionnement du circuit d'alimentation en air sur l'ensemble de sa plage de fonctionnement.
Dans un mode de réalisation, lesdits paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air comprennent le débit d'air en amont du compresseur, le débit d'air en amont de la cathode de la pile à combustible, la pression en aval de la cathode de la pile à combustible, et la pression en aval de l'anode de la pile à combustible.
Dans un mode de réalisation, les capteurs de mesures desdits paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air comprennent un premier débitmètre disposé en amont du compresseur, un deuxième débitmètre disposé en amont de la cathode de la pile à combustible, un premier capteur de pression disposé en aval de la cathode de la pile à combustible, et un deuxième capteur de pression disposé en aval de l'anode de la pile à combustible. Dans un mode de réalisation, les moyens de commande comprennent un premier soustracteur recevant en entrée les valeurs de consigne desdits paramètres de fonctionnement et les valeurs estimées desdits paramètres de fonctionnement, et délivrant en sortie les différences entre les valeurs estimées et les valeurs de consigne desdits paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air. Dans un mode de réalisation, les moyens de commande 5 comprennent un intégrateur pour intégrer les différences entre les valeurs estimées et les valeurs de consigne desdits paramètres de fonctionnement, délivrées en sortie du premier soustracteur. Dans un mode de réalisation, les moyens de commande comprennent un premier module de gain recevant en entrée les valeurs délivrées par l'intégrateur. Dans un mode de réalisation, les moyens de commande comprennent un deuxième module de gain recevant en entrée des valeurs estimées d'autres paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air.
Les autres paramètres comprennent, par exemple, les masses de gaz et les pressions respectivement en sortie du compresseur, en sortie du reformeur alimentant le système en hydrogène, en sortie de l'anode, et en sortie de la cathode, ainsi que la vitesse de rotation du moteur électrique entraînant le compresseur et les degrés d'ouverture des vannes de régulation. Dans un mode de réalisation, les moyens de commande comprennent un deuxième soustracteur recevant en entrée les sorties du premier module de gain et les sorties du deuxième module de gain, et délivrant en sortie les commandes du moteur électrique et des vannes de régulation. Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un procédé de commande d'un circuit d'alimentation en air d'un système de pile à combustible, comprenant des vannes commandées de régulation de débit et de pression, et un compresseur entraîné par un
6 moteur électrique. On estime des valeurs de paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air, et on commande le moteur électrique et les vannes de régulation à partir de valeurs de consigne desdits paramètres, et de valeurs estimées desdits paramètres fournies par une boucle de rétroaction. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée suivante, de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma synoptique d'un système de pile à combustible selon l'invention, - la figure 2 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation des moyens de commande et d'estimation selon un aspect de l'invention, et - la figure 3 illustre schématiquement un exemple de réalisation des moyens de commande et d'estimation de la figure 2. Tel qu'il est illustré sur la figure 1, le système de pile à combustible comprend une pile à combustible formée par un compartiment anodique ou anode 1, et un compartiment cathodique ou cathode 2, un compresseur 3 entraîné par un moteur électrique 4, et un reformeur 5 recevant du carburant en provenance d'un réservoir non illustré sur la figure. Une vanne commandée 6 permet une régulation du débit d'air alimentant le compartiment cathodique 2. L'air frais admis dans le compresseur 3 par la conduite d'admission 7 traverse tout d'abord un filtre à air 8. A la sortie du compresseur 3, une conduite 9 d'air comprimé se sépare en une conduite 10 amenant l'air comprimé à l'entrée de la cathode 2 et une conduite 11 amenant l'air comprimé à l'entrée du reformeur 5. La vanne commandée 6 est montée sur la
7 conduite 10 entre la cathode 2 et un échangeur de chaleur 12 monté sur la conduite 10 et destiné à refroidir en partie l'air comprimé avant son entrée dans la cathode 2. Le reformeur 5 est en outre alimenté en carburant, tel que de l'essence ou du méthanol, par une conduite 13. A la sortie du reformeur 5, le gaz riche en hydrogène traverse tout d'abord un condenseur 14 qui permet de récupérer une partie de l'eau contenue dans les gaz issus du reformeur 5. Le gaz riche en hydrogène, ou gaz de reformat, est ensuite amené par une conduite 15 à l'entrée du compartiment anodique 1. Les gaz s'échappant à la sortie de l'anode 1 par une conduite 16 traversent un condenseur 17 avant d'être amenés par une conduite 18 sur une turbine 19. Une vanne commandée de régulation de pression 20 est placée en aval du condenseur 17 sur la conduite 18. Les gaz s'échappant du compartiment cathodique 2 par une conduite 21 traversent tout d'abord un condenseur 22 avant d'être amenés par la conduite 18 sur la turbine 19. Une vanne commandée 23 est également placée en aval du condenseur 22 sur la conduite 21. En outre, une conduite 25 d'alimentation secondaire en air est piquée sur la conduite 10, entre l'échangeur 12 et la vanne commandée 6, pour fournir de l'air comprimé à l'anode 1. La conduite 25 est également équipée d'une vanne commandée 26. La turbine 19 est reliée mécaniquement par un arbre 24 au compresseur 3, de sorte qu'une partie de l'énergie des gaz d'échappement provenant de la pile à combustible et traversant la turbine 19 est récupérée pour l'entraînement du compresseur 3. On notera que l'étage unique de compression constitué par le compresseur 3 illustré sur la figure 1 pourrait être remplacé par un moyen de compression à deux étages, comportant donc deux compresseurs en
8 série. Dans tous les cas néanmoins, l'un de ces compresseurs serait piloté ou commandé par le moteur électrique d'entraînement 4. La figure 1 ne comporte pas l'ensemble des éléments du système de pile à combustible. Pour simplifier la figure, on n'a en particulier pas indiqué les canalisations qui permettent la circulation de l'eau liquide récupérée par les différents condenseurs 14, 17 et 22, qui transite par un réservoir non illustré sur la figure, et peut être amenée par l'intermédiaire d'une pompe de circulation à l'entrée du reformeur 5. On n'a pas non plus représenté les différents conduits véhiculant la vapeur d'eau. On a en revanche représenté sur la figure 1 une unité de commande électronique UCE qui reçoit les signaux des différents capteurs et émet des signaux de commande. A cet égard, l'unité de contrôle électronique 27 est reliée à un capteur 28 qui mesure le débit d'air à l'entrée du compresseur 3, soit Qcomp, le signal correspondant étant amené à l'unité de contrôle électronique 27 par une connexion 29. Un capteur de pression 30, branché dans la conduite 9 à la sortie du compresseur 3, mesure la pression de sortie Paomp du compresseur 3, qui est amenée à l'unité de contrôle électronique 27 par une connexion 31. Un capteur de température 32 monté dans la conduite 9 mesure la température de l'air en sortie du compresseur 3, soit Tromp. I1 est relié par une connexion 33 à l'unité de commande électronique 27. Un capteur 34 monté dans la conduite 16 à la sortie du compartiment anodique 1 mesure la pression Pan en sortie de l'anode 1. I1 est relié par une connexion 35 à l'unité de commande électronique 27. Un capteur 36 est monté dans la conduite 21 afin de mesurer la pression des gaz à la sortie du compartiment cathodique 2, soit Pcat. I1 est relié par une connexion 37 à l'unité de commande électronique 27. L'unité
9 de commande électronique 27 reçoit par une connexion 38 un signal de mesure de la vitesse de rotation du moteur électrique 4 entraînant le compresseur 3. L'unité de commande électronique 27 pilote le compresseur 3 en agissant sur la commande du moteur électrique 4 par une connexion 39. Les vannes 6 et 26 sont commandées par l'unité de commande électronique 27 à laquelle elles sont respectivement reliées par des connexions 40 et 41. Enfin, les deux vannes de contrôle de pression 20 et 23 montées respectivement en sortie de l'anode 1 et en sortie de la cathode 2 sont commandées par l'unité de commande électronique 27 respectivement par l'intermédiaire des connexions de contrôle 42 et 43. Un débitmètre 44 est disposé en amont de la cathode 20, pour mesurer le débit Qca en amont de la cathode 2, le signal correspondant étant amené à l'unité de contrôle électronique 27 par une connexion 44a. L'unité de commande électronique 27 comprend des moyens non illustrés sur la figure permettant de commander la vitesse de rotation du moteur électrique 4 et les ouvertures des sections de passage des vannes commandées 6, 20 et 23 à partir de valeurs de consigne de paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air déterminées à partir des actions du conducteur, et de valeurs estimées des paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air. On va maintenant décrire plus en détail les moyens mis en oeuvre dans l'unité de commande électronique 27 pour gérer le circuit d'alimentation en air du système, sur la figure 2. L'unité de commande électronique 27 comprend un module 45 de détermination de valeurs de consigne de paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air du système. Les
10 paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air comprennent, par exemple, le débit d'air Qcomp en amont du compresseur 3, le débit d'air Qca en amont de la cathode 2 de la pile à combustible, la pression Pca en aval de la cathode 2 de la pile à combustible, et la pression Pan en aval de l'anode 1 de la pile à combustible. Le module de détermination 45 détermine les valeurs de consigne des paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air, notamment en fonction des actions et commandes du conducteur du véhicule. L'unité de commande électronique 27 comprend également un module d'estimation ou observateur 46 des valeurs des paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air. En outre, l'unité de commande électronique 27 comprend un module de commande 47 commandant la vitesse de rotation du moteur électrique 4 entraînant le compresseur 3, ainsi que les ouvertures des vannes commandées 6, 20 et 23, soit un ensemble de commandes U'. L'observateur 46 peut, par exemple, comprendre une cartographie 46a représentative du fonctionnement du circuit d'alimentation en air. En divers points de fonctionnement du circuit d'alimentation en air, un système non linéaire représentatif de son fonctionnement est linéarisé, ce qui permet d'obtenir un ensemble de cartographies. Dans cet ensemble de cartographies, une cartographie moyenne 46a représentant le fonctionnement du circuit d'alimentation en air sur l'ensemble de sa plage de fonctionnement est alors sélectionné. Le module de commande 47 comprend un premier soustracteur 48, un intégrateur 49, un premier module de gain 50, un deuxième soustracteur 51, et un deuxième module de gain 52. Le premier soustracteur 48 reçoit en entrée les valeurs de consigne Yref des
11 paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air par une connexion 53, en provenance du module de détermination 45. En outre, le premier soustracteur 48 reçoit en entrée les valeurs estimées @ desdits paramètres délivrées par le module d'estimation 46 par l'intermédiaire d'une connexion 54. Le premier soustracteur 48 délivre en sortie la différence entre les valeurs estimées @ et les valeurs de consigne Yref des paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air à destination de l'intégrateur 49, par l'intermédiaire d'une connexion 55. L'intégrateur 49 intègre les signaux reçus, ce qui permet d'assurer la convergence de Y vers Yref. Les signaux de sortie de l'intégrateur 49 sont transmis par une connexion 56 au premier module de gain 50, de gain L2. Les signaux de sortie du premier module de gain 50 sont transmis en entrée du deuxième soustracteur 51 par une connexion 57. Le deuxième soustracteur 51 reçoit également des valeurs estimées Xpmcess d'autres paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air délivrées par le module d'estimation 46, après traitement par le deuxième module de gain 52, de gain J . Le module d'estimation 46 est relié au deuxième module de gain 52 par l'intermédiaire d'une connexion 58, et le deuxième module de gain 52 est relié au deuxième soustracteur 51 par une connexion 59. Les gains L1 et L2 sont déterminés, par exemple, à l'aide de technique LQ (Linéaire Quadratique) de façon à conférer au système les performances dynamiques souhaitées.
Le module de commande 47 délivre en sortie, par une connexion 60, un ensemble de signaux de commande U' à destination d'actionneurs du circuit d'alimentation en air. Ces commandes d'actionneurs comprennent, par exemple, la vitesse de consigne de
12 rotation O)aomp du moteur électrique 4 entraînant le compresseur 3, la consigne section de passage 6Qaa de la vanne commandée 6, la consigne section de passage 6Pca de la vanne commandée 23, et la consigne section de passage Pan de la vanne commandée 20. Les signaux de commande U' sont également transmis, par une connexion de dérivation 61 au module d'estimation 46. Le module d'estimation 46 reçoit également les valeurs des paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air Ym mesurées par différents capteurs du système, dans le présent exemple, le débitmètre 28 en amont du compresseur 3, le débitmètre 44 en amont de la cathode 2, le capteur de pression 36 en aval de la cathode 2, et le capteur de pression 34 en aval de l'anode 1, par une connexion 62. Les signaux XprOCess comprennent, dans cet exemple, des masses de gaz et des pressions estimées en sortie du compresseur 3, en sortie du reformeur 5, en sortie de l'anode 1, et en sortie de la cathode 2, ainsi que la vitesse de rotation du moteur électrique 4 entraînant le compresseur 3, et les sections de passage des vannes commandées 6, 20 et 23. L'utilisation par le module de commande 47, des valeurs estimées @ et non des valeurs mesurées Ym desdits paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air permet d'augmenter de manière conséquente la vitesse d'établissement des commandes U'. L'observateur 46 est tout d'abord élaboré un modèle non linéaire représentatif du fonctionnement du circuit d'alimentation en air, puis les équations obtenues sont linéarisées autour d'un point de fonctionnement pour aboutir à un modèle linéaire décrit par les équations suivantes : X A X + B U process process process process Y Cprocess Xprocess dans lesquelles : U= et Y= (a) comp c1comp représentant la consigne de vitesse de rotation du moteur du compresseur, en rad/s, 6Qca représentant la consigne de section d'ouverture de la vanne en amont de la cathode, en m2, a p. représentant la consigne de section d'ouverture de la vanne en aval de la cathode, en m2, 6Pan représentant la consigne de section d'ouverture de la vanne en aval de l'anode, en m2, Qcornp représentant le débit des gaz en entrée du compresseur, en m3/s, Q. représentant le débit des gaz en entrée de la cathode, en m3/s, P. représentant la pression des gaz en sortie de la cathode, en Pa, et Pan représentant la pression des gaz en sortie de l'anode, en Pa. Le fonctionnement dynamique des capteurs ne pouvant être négligé, un modèle de fonctionnement des capteurs est intégré de manière à obtenir un modèle représentatif de l'ensemble du fonctionnement du circuit d'alimentation en air du système, représenté par les équations suivantes : X sensor = A sensor X sensor +B Y sensor Y = C X sensor m sensor dans lesquelles : Xsensor représente les valeurs de mesures des capteurs de débit en entrée du compresseur et en entrée de la cathode, et des capteurs de pression en sortie de l'anode et en sortie de la cathode, Asensor et Bsensor sont des coefficients, et Ym représente les valeurs de mesures des capteurs de débit en entrée du compresseur et en entrée de la cathode, et des capteurs de pression en sortie de l'anode et en sortie de la cathode. Le modèle global du système à commander est alors défini par la réunion des états des deux modèles précédents /Xprocess X sensor En appliquant une méthodologie de type linéaire quadratique, ou LQ, on obtient les commandes suivantes : U = L 2 `C ù L1 X system avec Q = f (Yref ù Ym représentant l'intégrale de l'erreur d'asservissement. 25 Une telle régulation est pénalisée par la dynamique de fonctionnement des capteurs, en particulier le temps de réponse des 14 X system20 débitmètres qui n'apporte que lentement l'information sur le comportement du système. Aussi, on utilise, non pas les mesures des capteurs, qui sont effectuées trop lentement, mais les grandeurs estimées par l'observateur 46 qui redéfinit les états process et les sorties Y. Par ajout des intégrateurs, les sorties estimées par le module d'estimation 46 convergent vers les valeurs de consigne Yref. En outre, pour que les estimations des mesures convergent également vers les mesures réalisées par les capteurs, il est possible d'ajouter de biais constants b dans le modèle utilisé, que l'on définit alors par les équations suivantes : X A X +B U process process process process Y Cprocess process + b b=0 Bsensor II(( Xsensor AsensorXsensor + B(CprocessXprocess Y =C X sensor m sensor Aussi, à partir de ce modèle linéaire global, l'observateur 46 a un gain d'exploitation des mesures égal à : (K system K= Kb K \ sensor K peut, par exemple, être calculé à l'aide d'un algorithme de Kalman.
Le fonctionnement de l'estimateur 46 peut être représenté par les équations suivantes : +b)
16 X process A process X process + B process U+ K process (Ym ù C sensor X sensor b = Kb (Ym ù Csensor X sensor X sensor B sensor C process X process + B sensor b + (A sensor ù K sensor C sensor ~X sensor + K sensor Ym qui impliquent alors des signaux de commande U définis par l'équation suivante : U L2QùLiXprocess avec Q =f (Yref ùY). Ainsi, des valeurs estimées de paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air vont être prises en compte par retour d'état ou rétroaction, et permettent d'accélérer les réponses du système lors de transition entre deux états de fonctionnement. En outre, l'annulation de l'erreur statique par effet intégrateur est réalisée sur la base d'estimations, et non de mesures, ce qui améliore encore la dynamique de régulation. Sur la figure 3 est représenté un exemple de réalisation des moyens de commande et d'estimation de la figure 2. Les éléments identiques ont des référencements identiques. Les valeurs de consigne Yref comprennent des valeurs de consigne du débit total Qeomp, du débit cathodique Qca, de la pression à la sortie de l'anode Pan et de la pression à l'entrée de la cathode Pca sont transmises au premier soustracteur 48. Le premier soustracteur 48 effectue les différences entre ces valeurs de consigne et les valeurs estimées Y de ces paramètres calculées par l'observateur 46 et transmises par la connexion 54. L'intégrateur 49 comprend 4 modules d'intégration 49a respectivement dédiés aux différences fournies par le premier soustracteur 48, pour chaque paramètre. Un module de régulation 63 est ajouté de manière à filtrer, et plus particulièrement saturer les commandes de sortie U du deuxième soustracteur 51, respectivement par des filtres de saturation 63a du module de régulation 63. La commande de sortie U comprend des signaux de commande pour le moteur électrique 4 (i.e. pour le compresseur 3), et les vannes 6, 20 et 23 du circuit d'alimentation en air 64. Un tel régulateur multivariables linéaire permet d'obtenir une commande robuste autour du point de fonctionnement du système d'alimentation d'air. Les débitmètres 28 et 44 et les capteurs de pression 36 et 34 transmettent les mesures Ym du débit total Qcomp, du débit cathodique Qca, de la pression à la sortie de l'anode Pan et de la pression à l'entrée de la cathode Pca à l'observateur 46. L'observateur 46 utilise les équations précédemment citées : process A process x process + B process U + K process (Ym ù C sensor x sensor = K b (Ym ù c sensor x sensor x C x + B + (A K C sensor B sensor process process sensor sensor sensor sensor Ainsi, l'observateur 46 peut transmettre, par la boucle de rétroaction 54 les valeurs estimées des paramètres représentant le fonctionnement du circuit d'alimentation en air. La présente invention permet de piloter un circuit d'alimentation en air d'un système de pile à combustible de manière à obtenir un temps de réponse amélioré, à coût réduit, lors d'un changement de puissance à fournir par le conducteur du véhicule. sensor + K sensor Ym )X25
Claims (11)
1. Dispositif de commande d'un circuit d'alimentation en air d'un système de pile à combustible (1,
2), notamment pour véhicule automobile, le circuit d'alimentation en air comprenant un compresseur d'air (3) entraîné par un moteur électrique (4), des vannes commandées de régulation de débit et de pression (6, 20, 21), et des capteurs (28, 44, 36, 34) de mesures de valeurs de paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'estimation (46) des valeurs desdits paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air, et des moyens de commande (47) du moteur électrique (4) et des vannes de régulation (6, 20, 21) à partir de valeurs de consigne (Yref) desdits paramètres et des valeurs ( desdits paramètres estimées par les moyens d'estimation (46) et fournies par une boucle de rétroaction (54). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens d'estimation (46) sont pourvus d'entrées recevant les valeurs desdits paramètres (Ym) mesurées par les capteurs de mesures, et recevant les commandes (U) du moteur électrique (4) et des vannes de régulation (6, 20, 21) délivrées par les moyens de commande (47), et les moyens d'estimations sont adaptés pour estimer les valeurs (Y) desdits paramètres et les transmettre aux moyens de commande (47) par ladite boucle de rétroaction (54) reliant les moyens d'estimation (46) aux moyens de commande (47).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens d'estimation (46) comprennent une cartographie (46a) représentative du fonctionnement du circuit d'alimentation en air.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits paramètres de fonctionnement du circuit 19 d'alimentation en air comprennent le débit d'air (QcOmp) en amont du compresseur, le débit d'air (Qca) en amont de la cathode de la pile à combustible, la pression (Pca) en aval de la cathode de la pile à combustible, et la pression (Pan) en aval de l'anode de la pile à combustible.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les capteurs de mesures desdits paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air comprennent un premier débitmètre (28) disposé en amont du compresseur (3), un deuxième débitmètre (44) disposé en amont de la cathode (2) de la pile à combustible, un premier capteur de pression (36) disposé en aval de la cathode de la pile à combustible, et un deuxième capteur de pression (34) disposé en aval de l'anode de la pile à combustible.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de commande (47) comprennent un premier soustracteur (48) recevant en entrée les valeurs de consigne (Yref) desdits paramètres de fonctionnement et les valeurs estimées (Y) desdits paramètres de fonctionnement, et délivrant en sortie les différences entre les valeurs estimées (@) et les valeurs de consigne (Yref) desdits paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air.
7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens de commande (47) comprennent un intégrateur (49) pour intégrer les différences entre les valeurs estimées (Y) et les valeurs de consigne (Yref) desdits paramètres de fonctionnement, délivrées en sortie du premier soustracteur (48).
8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les moyens de commande (47) comprennent un premier module de gain (50) recevant en entrée les valeurs délivrées par l'intégrateur (49). 20
9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les moyens de commande (47) comprennent un deuxième module de gain (52) recevant en entrée des valeurs estimées (Xpmcess) d'autres paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air.
10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les moyens de commande (47) comprennent un deuxième soustracteur (51) recevant en entrée les sorties du premier module de gain (50) et les sorties du deuxième module de gain (52), et délivrant en sortie les commandes (U) du moteur électrique (4) et des vannes de régulation (6, 20, 21).
11. Procédé de commande d'un circuit d'alimentation en air d'un système de pile à combustible, notamment pour véhicule automobile, comprenant des vannes commandées de régulation de débit et de pression (6, 20, 21) et un compresseur (3) entraîné par un moteur électrique (4), caractérisé en ce que l'on estime des valeurs de paramètres de fonctionnement du circuit d'alimentation en air, et on commande le moteur électrique (4) et les vannes de régulation (6, 20, 21) à partir de valeurs de consigne (Yref) desdits paramètres, et de valeurs estimées (Y) desdits paramètres fournies par rétroaction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0755472A FR2917239A1 (fr) | 2007-06-05 | 2007-06-05 | Dispositif de commande d'un circuit d'alimentation en air d'un systeme de pile a combustible. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0755472A FR2917239A1 (fr) | 2007-06-05 | 2007-06-05 | Dispositif de commande d'un circuit d'alimentation en air d'un systeme de pile a combustible. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2917239A1 true FR2917239A1 (fr) | 2008-12-12 |
Family
ID=38958957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0755472A Pending FR2917239A1 (fr) | 2007-06-05 | 2007-06-05 | Dispositif de commande d'un circuit d'alimentation en air d'un systeme de pile a combustible. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2917239A1 (fr) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3058268A1 (fr) * | 2016-11-02 | 2018-05-04 | Safran Power Units | Procede et systeme de regulation pour dispositif de generation d'electricite par pile a combustible |
| CN109340569A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-02-15 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 一种气体供应系统自学习控制方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5780981A (en) * | 1995-11-02 | 1998-07-14 | Daimler-Benz Ag | Process for dynamically adjusting the power for a vehicle having a fuel cell |
| US5991670A (en) * | 1995-12-29 | 1999-11-23 | Dbb Fuel Cell Engines Gmbh | Power control system for a fuel cell powered vehicle |
| US20050175871A1 (en) * | 2004-02-05 | 2005-08-11 | Kolodziej Jason R. | Recursive kalman filter for feedback flow control in pem fuel cell |
| FR2900502A1 (fr) * | 2006-04-28 | 2007-11-02 | Renault Sas | Dispositif et procede de commande du debit d'air pour pile a combustible |
-
2007
- 2007-06-05 FR FR0755472A patent/FR2917239A1/fr active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5780981A (en) * | 1995-11-02 | 1998-07-14 | Daimler-Benz Ag | Process for dynamically adjusting the power for a vehicle having a fuel cell |
| US5991670A (en) * | 1995-12-29 | 1999-11-23 | Dbb Fuel Cell Engines Gmbh | Power control system for a fuel cell powered vehicle |
| US20050175871A1 (en) * | 2004-02-05 | 2005-08-11 | Kolodziej Jason R. | Recursive kalman filter for feedback flow control in pem fuel cell |
| FR2900502A1 (fr) * | 2006-04-28 | 2007-11-02 | Renault Sas | Dispositif et procede de commande du debit d'air pour pile a combustible |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3058268A1 (fr) * | 2016-11-02 | 2018-05-04 | Safran Power Units | Procede et systeme de regulation pour dispositif de generation d'electricite par pile a combustible |
| CN109340569A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-02-15 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 一种气体供应系统自学习控制方法 |
| CN109340569B (zh) * | 2018-10-25 | 2020-08-25 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 一种气体供应系统自学习控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2872356B1 (fr) | Motorisation de vehicule automobile incluant une pile a combustible et un systeme de stockage d'energie | |
| EP2630548A1 (fr) | Procédé et dispositif de surveillance d'une boucle d'asservissement d'un système d'actionnement de géométries variables d'un turboréacteur | |
| EP2368027A1 (fr) | Dispositif et procede de refroidissement d'un organe thermique de vehicule automobile | |
| FR2915237A1 (fr) | Systeme et procede de commande d'un turbocompresseur de suralimentation pour moteur a combustion interne | |
| FR2917239A1 (fr) | Dispositif de commande d'un circuit d'alimentation en air d'un systeme de pile a combustible. | |
| FR2922596A1 (fr) | Procede et systeme d'estimation dynamique de la vitesse de rotation d'un turbocompresseur d'un moteur a combustion. | |
| FR2917240A1 (fr) | Dispositif et procede de commande de l'alimentation en air d'un systeme de pile a combustible | |
| EP3332108A1 (fr) | Procédé de contrôle de la pression et d'un rapport de mélange d'un moteur de fusée, et dispositif correspondant | |
| EP1756897A1 (fr) | Procede et systeme de gestion d' un systeme de pile a combustible | |
| EP3201443A1 (fr) | Moteur à combustion de véhicule automobile à pilotage de richesse amélioré | |
| WO2014041296A1 (fr) | Procede de regulation d'une suralimentation pour turbocompresseur couple a une machine electrique, et dispositif turbocompresseur correspondant | |
| FR2944318A3 (fr) | Systeme d'admission et d'echappement de gaz d'un moteur a combustion interne de vehicule automobile | |
| FR2910059A1 (fr) | Procede d'estimation de la pression des gaz d'echappement en amont d'une turbine de turbocompresseur | |
| FR2897985A1 (fr) | Systeme et procede de commande d'un module de puissance a pile a combustible. | |
| EP1941139A1 (fr) | Système et procédé de commande d'un turbocompresseur de suralimentation pour moteur à combustion interne | |
| FR2955613A1 (fr) | Procede de regulation de la pression de suralimentation d'un moteur thermique | |
| EP1954933B1 (fr) | Procede adaptatif de commande d'un moteur | |
| EP1828578B1 (fr) | Procede de commande pour moteur suralimente | |
| FR2882576A1 (fr) | Procede de regulation optimise en phase transitoire dans un turbocompresseur | |
| FR2900502A1 (fr) | Dispositif et procede de commande du debit d'air pour pile a combustible | |
| FR3014145A1 (fr) | Procede de determination de la pression de gaz en amont d'une turbine de suralimentation d'un moteur a combustion interne et systeme d'asservissement mettant en oeuvre un tel procede | |
| FR2881577A1 (fr) | Systeme pile a combustible et procede de commande associe | |
| FR2928777A1 (fr) | Dispositif et procede d'estimation du vieillissemnt d'une pile a combustible | |
| FR2963424A1 (fr) | Procede de diagnostic d'une fuite d'air frais comprime dans un moteur a combustion interne | |
| FR2906647A3 (fr) | Système de pile à combustible et procédé de protection contre l'empoisonnement au monoxyde de carbone |