FR2917903A1 - Heat exchanger's fluid e.g. pure water, conductivity regulating device for e.g. electric vehicle, has control logic automatically adjusting valve such that only part of flow of fluid is brought to de-ionization unit for regeneration - Google Patents

Heat exchanger's fluid e.g. pure water, conductivity regulating device for e.g. electric vehicle, has control logic automatically adjusting valve such that only part of flow of fluid is brought to de-ionization unit for regeneration Download PDF

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Abstract

The device has a heat exchange fluid circulating circuit carrying a de-ionization unit (7). A valve (6) regulates flow of fluid passing in the unit. The circuit is arranged parallel to an inner temperature regulating compartment (R) of a fuel cell. A control logic (8) receives conductivity values (C1) and temperature values (T1) of a heat exchange fluid in real time to estimate the values of the unit (7). The logic automatically adjusts the valve such that only a part of flow of the fluid is brought to the unit (7) for regeneration, where the part is higher based on the values. An independent claim is also included for a device for regulating temperature of a fuel cell by a heat exchanger fluid.

Description

Dispositif de régulation de la régénération du liquide d'échange deDevice for regulating the regeneration of the exchange liquid

chaleur d'une pile à combustible heat of a fuel cell

La présente invention concerne le domaine des piles à combustible. Plus particulièrement, la présente invention concerne le domaine des groupes électrogènes embarqués à pile à combustible. L'utilisation de tels groupes électrogènes embarqués s'est considérablement développée récemment, notamment dans le domaine des véhicules automobiles. Il est connu qu'une pile à combustible, par exemple une pile à combustible à membranes échangeuses de protons dite PEMFC, produit de l'électricité à partir de la réaction de synthèse de l'eau par combinaison d'oxygène et d'hydrogène. Comme le montre la figure 1, illustrant le schéma simplifié d'une pile à combustible, l'oxygène, le plus souvent provenant d'une source A, par exemple de l'air atmosphérique est acheminé, le cas échéant après humidification au poste C, vers la cathode Ha tandis que l'hydrogène, provenant d'une source B de stockage pure ou de la transformation d'un carburant hydrogéné est acheminé à l'anode Hb d'une pile à combustible H pour produire de l'électricité G par réaction chimique. A la sortie de la cathode Ha de la pile à combustible H, sort par la ligne d'échappement E un mélange d'air humide appauvri en oxygène d'environ 10% et de l'eau produite lors de la réaction dans la pile à combustible. De l'anode, sort par la ligne d'échappement F un mélange d'hydrogène, d'azote et d'eau, ceci de façon continue ou par intermittence lors de purges. En plus de ces deux évacuations, comme la pile à combustible présente des fuites inévitables en hydrogène, pour des raisons de sécurité du fait de risque d'explosion, les fuites en hydrogène et de certains organes transportant de l'hydrogène sont canalisées dans un carter J puis acheminées vers l'extérieur par un système actif de ventilation débouchant sur la ligne d'échappement K. La température de cette pile à combustible est régulée par un dispositif de régulation à circulation de fluide d'échange de chaleur comprenant un compartiment interne de régulation R et un échangeur D de chaleur avec l'extérieur. Le fluide d'échange de chaleur qui traverse la pile à combustible est électriquement en contact avec l'ensemble des plaques bipolaires de la pile et de ce fait est susceptible de faire circuler un courant de fuite entre les différentes plaques. Ce courant de fuite réduit les performances de la pile à combustible et peut dégrader les plaques de la pile par corrosion. Par ailleurs, une faible résistivité du fluide d'échange de chaleur peut générer un courant de fuite de la pile à combustible qui est au potentiel du réseau haute tension du véhicule, vers la caisse du véhicule qui est la masse du réseau basse tension, générant ainsi un risque d'électrocution pour l'utilisateur.  The present invention relates to the field of fuel cells. More particularly, the present invention relates to the field of on-board fuel cell generator sets. The use of such onboard generator sets has grown considerably recently, particularly in the field of motor vehicles. It is known that a fuel cell, for example a PEMFC proton exchange membrane fuel cell, produces electricity from the water synthesis reaction by combining oxygen and hydrogen. As shown in Figure 1, illustrating the simplified diagram of a fuel cell, the oxygen, usually from a source A, for example atmospheric air is routed, if necessary after humidification at station C to the cathode Ha while the hydrogen, from a source B of pure storage or hydrogenated fuel processing is conveyed to the anode Hb of a fuel cell H to produce electricity G by chemical reaction. At the exit of the cathode Ha from the fuel cell H, exhaust gas E exits an oxygen-depleted wet air mixture of about 10% and the water produced during the reaction in the fuel cell. combustible. From the anode, exits the exhaust line F a mixture of hydrogen, nitrogen and water, this continuously or intermittently during purges. In addition to these two evacuations, as the fuel cell has unavoidable hydrogen leaks, for reasons of safety because of the risk of explosion, hydrogen leaks and certain hydrogen-carrying bodies are channeled into a crankcase. J then conveyed to the outside by an active ventilation system opening on the exhaust line K. The temperature of this fuel cell is regulated by a heat exchange fluid circulation control device comprising an internal compartment of R regulation and a heat exchanger D with the outside. The heat exchange fluid that passes through the fuel cell is electrically in contact with all the bipolar plates of the cell and therefore is capable of circulating a leakage current between the different plates. This leakage current reduces the performance of the fuel cell and can degrade the battery plates by corrosion. Furthermore, a low resistivity of the heat exchange fluid can generate a leakage current of the fuel cell which is at the potential of the high voltage network of the vehicle, towards the vehicle body which is the mass of the low voltage network, generating thus a risk of electrocution for the user.

Pour ces raisons, il est usuellement utilisé un organe filtrant constitué d'une résine désionisante fixant les ions présents dans le fluide d'échange de chaleur assurant ainsi l'abaissement de la conductivité à un niveau acceptable. Cette résine est généralement constituée d'un lit mélangé capable de fixer les anions et les cations. Cette résine est usuellement dimensionnée pour avoir une durée de vie compatible avec une maintenance de type automobile, et conditionnée pour pouvoir être changée facilement. Le document US-A-5 980 716 décrit un tel dispositif de désionisation du fluide d'échange de chaleur d'une pile à combustible.  For these reasons, it is usually used a filtering member consisting of a deionizing resin fixing the ions present in the heat exchange fluid thus ensuring the lowering of the conductivity to an acceptable level. This resin generally consists of a mixed bed capable of fixing anions and cations. This resin is usually sized to have a service life compatible with automotive type maintenance, and packaged to be easily changed. US-A-5,980,716 discloses such a device for deionizing the heat exchange fluid of a fuel cell.

Cependant ce type de résine a des limites d'utilisation, notamment en température, contraignante pour l'utilisation en continu sur le réseau du circuit de régulation de la température. En particulier, sa température maximum de fonctionnement est classiquement de l'ordre de 60 C ce qui rend son utilisation impossible en continu sur le circuit de régulation de la température qui est généralement à une température de l'ordre de 70 C à 90 C. Par ailleurs, dans le cas d'une utilisation par temps froid, ces résines doivent suivre une montée en température lente car leur structure supporte mal les chocs thermiques et les alternances de changement de température : il peut y avoir alors risque de désagrégation rapide du support de la structure de la résine.  However, this type of resin has limits of use, especially in temperature, which is constraining for continuous use on the network of the temperature control circuit. In particular, its maximum operating temperature is typically of the order of 60 C which makes its use impossible in continuous on the temperature control circuit which is generally at a temperature of the order of 70 C to 90 C. Moreover, in the case of use in cold weather, these resins must follow a slow rise in temperature because their structure poorly withstands thermal shocks and alternations of temperature change: there may be a risk of rapid disintegration of the support of the structure of the resin.

Pour résoudre cette difficulté, il a été essayé de limiter la température de fonctionnement de la pile à combustible à 60 C ce qui rend possible l'utilisation de ce type de résines. Cependant les capacités de refroidissement de la pile à combustible sont affectées par ce niveau bas de température. Il a aussi été proposé de ne pas utiliser de résines, le fluide d'échange de chaleur étant alors traité spécifiquement pour ne pas altérer ses propriétés. Ces traitements sont onéreux et rendent difficile l'utilisation de matériaux usuels de l'industrie automobile.  To solve this problem, it has been tried to limit the operating temperature of the fuel cell to 60 C which makes possible the use of this type of resins. However, the cooling capacity of the fuel cell is affected by this low temperature level. It has also been proposed not to use resins, the heat exchange fluid then being treated specifically so as not to alter its properties. These treatments are expensive and make it difficult to use conventional materials from the automotive industry.

Le problème à la base de la présente invention est d'effectuer une régulation de la conductivité du fluide d'échange de chaleur du dispositif de régulation de la température d'une pile à combustible par traitement de ce fluide, cette régulation devant permettre de maintenir la conductivité du fluide à une valeur acceptable pour le bon fonctionnement de la pile à combustible tout en garantissant les conditions optimales de fonctionnement pour ce traitement.  The problem underlying the present invention is to regulate the conductivity of the heat exchange fluid of the temperature control device of a fuel cell by treatment of this fluid, this regulation being able to maintain the conductivity of the fluid to an acceptable value for the proper functioning of the fuel cell while guaranteeing the optimal operating conditions for this treatment.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de régulation de la conductivité d'un fluide d'échange de chaleur circulant dans le compartiment interne de régulation de température d'une pile à combustible, cette régulation de la conductivité s'effectuant par passage du fluide d'échange de chaleur dans un organe de désionisation. Selon l'invention, le dispositif comprend un circuit de circulation du fluide d'échange de chaleur portant l'organe de désionisation et des moyens de régulation du débit de fluide passant dans cet organe, ce circuit de circulation se trouvant en parallèle du compartiment interne de régulation de température de la pile à combustible, une logique de commande apte à recevoir en temps réel des valeurs de conductivité et de température du fluide d'échange de chaleur prises à un endroit donné de passage de ce fluide et permettant d'estimer les valeurs de conductivité et de température du fluide régnant dans l'organe de désionisation à cet instant, la logique de commande réglant automatiquement les moyens de régulation de débit afin qu'une partie seulement du débit du fluide d'échange de chaleur du compartiment interne soit amenée à l'organe de désionisation pour régénération, cette partie étant plus ou moins grande selon les valeurs de conductivité et de température relevées.  For this purpose, the subject of the invention is a device for regulating the conductivity of a heat exchange fluid circulating in the internal compartment for regulating the temperature of a fuel cell, this regulation of the conductivity taking place by passing the heat exchange fluid in a deionization member. According to the invention, the device comprises a circulation circuit of the heat exchange fluid carrying the deionization member and means for regulating the flow of fluid passing through this member, this circulation circuit being in parallel with the internal compartment. method for controlling the temperature of the fuel cell, a control logic capable of receiving in real time conductivity and temperature values of the heat exchange fluid taken at a given point of passage of this fluid and making it possible to estimate the values of conductivity and temperature of the fluid prevailing in the deionization member at this time, the control logic automatically adjusting the flow control means so that only part of the flow of the heat exchange fluid of the internal compartment is fed to the deionization member for regeneration, this part being larger or smaller depending on the values of conductivity and temperature recorded.

Selon d'autres caractéristiques additionnelles du dispositif : - la logique de commande peut arrêter le débit de ce fluide vers l'organe de désionisation si la température estimée dans l'organe de désionisation dépasse la température maximale de fonctionnement de cet organe ou si la valeur de la conductivité relevée est inférieure à la valeur maximale de la conductivité tolérable pour le bon fonctionnement de la pile à combustible, - la logique de commande est aussi apte à déterminer selon l'historique des régénérations du fluide automatiquement déclenchées et leur durée respective un indice de saturation de l'organe de désionisation et de faciliter ainsi sa maintenance, - l'organe de désionisation comprend une résine désionisante, notamment une résine désionisante à lit mélangé, capable de fixer les anions et les cations et la régénération du fluide s'effectue dans des températures compatibles avec les plages de température d'utilisation de la résine, - la logique de commande est programmée pour commander la régénération du fluide de façon automatique lors du démarrage de la pile à combustible, ou pendant la phase d'arrêt de la pile ou quand la conductivité du fluide atteint des niveaux incompatibles avec le fonctionnement efficace de la pile à combustible ou considérés comme potentiellement dangereux pour les utilisateurs.  According to other additional characteristics of the device: the control logic can stop the flow of this fluid towards the deionization member if the estimated temperature in the deionizing member exceeds the maximum operating temperature of this member or if the value the conductivity measured is less than the maximum value of the conductivity that can be tolerated for the proper functioning of the fuel cell, the control logic is also able to determine, according to the history of the regenerations of the fluid automatically triggered, and their respective duration, an index of saturation of the deionization member and thus to facilitate its maintenance, the deionization member comprises a deionizing resin, in particular a mixed bed deionizing resin, capable of fixing the anions and cations and the regeneration of the fluid is carried out in temperatures compatible with the temperature ranges of use of the re sine, - the control logic is programmed to control the regeneration of the fluid automatically when starting the fuel cell, or during the stopping phase of the cell or when the fluid conductivity reaches levels incompatible with the operation efficient fuel cell or considered potentially dangerous for users.

L'invention concerne aussi un dispositif de régulation de température d'une pile à combustible par un fluide d'échange de chaleur, ce dispositif comprenant un compartiment interne de régulation dans la pile à combustible, une pompe pour la circulation du fluide d'échange de chaleur, un échangeur de chaleur avec l'extérieur et des moyens de régulation du débit du fluide d'échange de chaleur, pour lequel dispositif le compartiment interne de régulation de la pile à combustible, la pompe, l'échangeur de chaleur et les moyens de régulation sont disposés sur une boucle de circulation du fluide d'échange de chaleur et lequel dispositif de régulation de la température comprend un dispositif de régulation de la conductivité du fluide d'échange de chaleur, ce dispositif de régulation de la conductivité se trouvant sur une branche du dispositif de régulation de température en parallèle avec le compartiment interne de régulation de la pile à combustible.  The invention also relates to a device for regulating the temperature of a fuel cell by a heat exchange fluid, this device comprising an internal regulation compartment in the fuel cell, a pump for the circulation of the exchange fluid. a heat exchanger, a heat exchanger with the outside and means for regulating the flow rate of the heat exchange fluid, for which device the internal compartment for regulating the fuel cell, the pump, the heat exchanger and the control means are arranged on a circulation loop of the heat exchange fluid and which temperature control device comprises a device for regulating the conductivity of the heat exchange fluid, this device for regulating the conductivity being on a branch of the temperature control device in parallel with the internal control compartment of the fuel cell.

Ce dispositif peut comprendre un moyen de chauffage du fluide d'échange de chaleur placé en parallèle avec l'échangeur de chaleur vers l'extérieur, une électrovanne permettant de mettre hors boucle sélectivement soit l'échangeur de chaleur soit le moyen de chauffage ou de réduire leur débit respectif, afin que le dispositif de régulation puisse effectuer un refroidissement ou un réchauffement du fluide d'échange de chaleur. Avantageusement, l'électrovanne est commandée par la logique de commande qui peut aussi modifier les paramètres d'échange de chaleur du moyen de chauffage et de l'échangeur de chaleur, par exemple en diminuant la résistance du moyen de chauffage jusqu'à l'annuler, en variant les débits respectifs de fluide vers ces deux éléments, ou en augmentant l'échange de chaleur avec l'extérieur par exemple en initiant la marche d'un ou de plusieurs ventilateurs coopérant avec l'échangeur de chaleur, ces paramètres d'échange étant modifiés en fonction de données transmises à la logique de commande telles que la température extérieure, les données existantes d'échange de chaleur de l'échangeur de chaleur vers l'extérieur ou la valeur de la résistance du moyen de chauffage, le cas échéant l'apport de chaleur de divers éléments se trouvant sur la boucle de circulation, et divers paramètres de la pile à combustible, comme sa puissance d'entrée et de sortie, sa température de fonctionnement, et les paramètres de son dispositif interne de régulation de température. La logique de commande peut aussi être apte à diminuer la puissance de la pile à combustible, notamment en diminuant les débits respectifs dans les lignes d'alimentation en oxygène et hydrogène adressés à cette pile et en diminuant la puissance électrique consommée par les organes alimentés directement par la pile, par exemple dans le cas où il est nécéssaire de diminuer la température du fluide d'échange de chaleur du dispositif. Le fluide d'échange de chaleur est de préférence de l'eau pure ou un mélange d'eau avec de l'antigel permettant le fonctionnement du dispositif par temps froid.  This device may comprise a means for heating the heat exchange fluid placed in parallel with the heat exchanger to the outside, a solenoid valve enabling the heat exchanger or the heating or cooling means to be selectively shut off. reduce their respective flow so that the control device can perform a cooling or heating of the heat exchange fluid. Advantageously, the solenoid valve is controlled by the control logic which can also modify the heat exchange parameters of the heating means and the heat exchanger, for example by reducing the resistance of the heating means to the heating element. cancel, by varying the respective flow rates of fluid to these two elements, or by increasing the heat exchange with the outside, for example by initiating the operation of one or more fans cooperating with the heat exchanger, these parameters d exchange being modified according to data transmitted to the control logic such as the outside temperature, the existing heat exchange data of the heat exchanger to the outside or the value of the resistance of the heating means, the where appropriate the heat input of various elements on the circulation loop, and various parameters of the fuel cell, such as its input and output power, its temperature, temperature, and the parameters of its internal temperature control device. The control logic may also be capable of reducing the power of the fuel cell, in particular by reducing the respective flow rates in the oxygen and hydrogen supply lines addressed to this cell and by reducing the electrical power consumed by the directly powered devices. by the battery, for example in the case where it is necessary to reduce the temperature of the heat exchange fluid of the device. The heat exchange fluid is preferably pure water or a mixture of water with antifreeze allowing operation of the device in cold weather.

L'invention concerne aussi une pile à combustible avec un tel dispositif de régulation de la température ou de la conductivité de son liquide de refroidissement.  The invention also relates to a fuel cell with such a device for regulating the temperature or the conductivity of its cooling liquid.

L'invention concerne aussi l'utilisation d'une telle pile à combustible dans un véhicule électrique équipé d'un système à pile à combustible en source principale d'énergie, ou dans un véhicule électrique équipé d'un système à pile à combustible en augmentateur d'autonomie, ou dans un véhicule thermique équipé d'une pile à combustible, ou dans un véhicule hybride thermique-électrique.  The invention also relates to the use of such a fuel cell in an electric vehicle equipped with a fuel cell system as a main source of energy, or in an electric vehicle equipped with a fuel cell system. a range extender, or in a thermal vehicle equipped with a fuel cell, or in a hybrid electric-electric vehicle.

L'invention va maintenant être décrite plus en 30 détail mais de façon non limitative en regard des figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d'un ensemble pile à combustible avec son réseau d'alimentation et son réseau d'évacuation selon l'état de 35 la technique, - la figure 2 montre un dispositif de régulation de la température et de la conductivité d'un fluide d'échange de chaleur d'une pile à combustible, ce dispositif incluant une résine désionisante à régénération pilotée. La figure 1 a déjà été détaillée dans la partie introductive de la présente demande. La figure 2 montre un dispositif de régulation de la température du compartiment interne d'une pile à combustible, ce dispositif comportant un organe de traitement par désionisation du fluide d'échange de chaleur de la pile à combustible. Ce dispositif de régulation est sous la forme d'une boucle principale de fluide d'échange de chaleur partant du compartiment interne R de régulation de la température de la pile à combustible et y revenant. Ce fluide d'échange de chaleur peut être de l'eau pure ou un mélange d'eau avec de l'antigel permettant le fonctionnement du dispositif par temps froid. Cette boucle principale comprend une pompe 1, une électrovanne 2, un échangeur de chaleur D avec l'extérieur, de préférence sous la forme d'un radiateur avec notamment au moins un ventilateur 4 pour l'évacuation de chaleur. Sur un circuit en parallèle de cette boucle est disposée une vanne 5, une résistance chauffante 3 en dérivation de l'échangeur D de chaleur vers l'extérieur, l'électrovanne 2 précédemment citée étant prévue dans la boucle pour la sélection de la résistance chaufante 3 ou de l'échangeur de chaleur 4 avec l'extérieur dans la boucle de circulation du fluide échangeur de chaleur en autorisant ou en limitant le passage du fluide dans ces deux éléments. Ce circuit en parallèle rejoint la boucle principale après l'échangeur D de chaleur avec l'extérieur. Après cette jonction, existe un autre circuit de dérivation, dit branche de régénération, disposé en parallèle avec le compartiment interne R de régulation de la pile. Cet autre circuit de dérivation comprend une vanne 6 et l'organe 7 de désionisation du fluide d'échange de chaleur et rejoint la boucle principale après le compartiment R interne de régulation de la température de la pile et avant la pompe 1. L'organe 7 de désionisation du fluide d'échange de chaleur comprend une résine désionisante qui par son action sur ce fluide fixe les ions présents dans celui-ci et assure par la même la régulation de la conductivité de ce fluide à un niveau acceptable. Cette résine désionisante peut être une résine à lit mélangé capable de fixer les anions et les cations. La vanne 6 autorise ou limite le passage du fluide d'échange de chaleur dans cet autre circuit de dérivation et consécutivement le passage ou non de ce fluide dans l'organe de désionisation 7. Tout ce dispositif de regulation de la température et de la conductivité du fluide d'échange de chaleur du compartiment R interne de la pile à combustible est piloté par une logique de commande 8, à laquelle sont transmises des données afin qu'elle puisse piloter la régulation de température de manière adéquate et aussi l'alimentation de l'organe de désionisation 7 en fluide d'échange de chaleur. A la figure 2, des données concernant la conductivité Cl et la température Tl du fluide d'échange de chaleur dans la boucle principale sont par exemple transmises à la logique de commande 8, ce qui permet à celle-ci d'estimer les valeurs de conductivité et de température du fluide régnant dans l'organe de désionisation 7 à cet instant. En effet, le niveau de conductivité du fluide d'échange de chaleur se dégrade dans le temps du fait de la dilution de composants solubles dans ce fluide et arrachés aux différents constituants de la pile à combustible, par exemple les plaques bipolaires de la pile à combustible: ce niveau de conductivité du fluide est donc surveillé par un capteur Cl. En outre, il est connu qu'une résine désionisante a une température de fonctionnement maximum de l'ordre de 60 C et que le fluide d'échange de chaleur dans la boucle principale du dispositif peut avoir une témpérature Tl de l'ordre de 70 à 90 C : la température est donc aussi un paramètre à surveiller tout particulièrement pour un bon fonctionnement de la résine désionisante.  The invention will now be described in more detail but in a nonlimiting manner with reference to the appended figures, in which: FIG. 1 is a diagrammatic representation of a fuel cell assembly with its supply network and its network of According to the state of the art, FIG. 2 shows a device for regulating the temperature and the conductivity of a heat exchange fluid of a fuel cell, this device including a deionizing resin with controlled regeneration. Figure 1 has already been detailed in the introductory part of this application. FIG. 2 shows a device for regulating the temperature of the internal compartment of a fuel cell, this device comprising a treatment unit by deionization of the heat exchange fluid of the fuel cell. This control device is in the form of a main loop of heat exchange fluid leaving the internal compartment R for regulating the temperature of the fuel cell and returning thereto. This heat exchange fluid may be pure water or a mixture of water with antifreeze allowing operation of the device in cold weather. This main loop comprises a pump 1, a solenoid valve 2, a heat exchanger D with the outside, preferably in the form of a radiator with in particular at least one fan 4 for heat removal. On a circuit in parallel with this loop is disposed a valve 5, a heating resistor 3 in derivation of the heat exchanger D outwards, the solenoid valve 2 previously mentioned being provided in the loop for the selection of heating resistance 3 or the heat exchanger 4 with the outside in the circulation loop of the heat exchange fluid allowing or limiting the passage of the fluid in these two elements. This circuit in parallel joins the main loop after the heat exchanger D with the outside. After this junction, there exists another branch circuit, said regeneration branch, arranged in parallel with the internal compartment R regulating the battery. This other branch circuit comprises a valve 6 and the deionization member 7 of the heat exchange fluid and joins the main loop after the internal compartment R regulates the temperature of the battery and before the pump 1. The organ 7 deionization of the heat exchange fluid comprises a deionizing resin which by its action on this fluid fixes the ions present therein and thereby ensures the regulation of the conductivity of this fluid to an acceptable level. This deionizing resin may be a mixed bed resin capable of binding anions and cations. The valve 6 allows or limits the passage of the heat exchange fluid in the other branch circuit and subsequently the passage or not of this fluid in the deionization member 7. All this device for controlling the temperature and conductivity heat exchange fluid of the internal compartment R of the fuel cell is controlled by a control logic 8, to which data are transmitted so that it can control the temperature regulation adequately and also the supply of the deionization member 7 in heat exchange fluid. In FIG. 2, data relating to the conductivity C1 and the temperature T1 of the heat exchange fluid in the main loop are for example transmitted to the control logic 8, which enables it to estimate the values of conductivity and temperature of the fluid prevailing in the deionization member 7 at this time. Indeed, the level of conductivity of the heat exchange fluid is degraded over time due to the dilution of soluble components in this fluid and torn from the various components of the fuel cell, for example the bipolar plates of the battery to fuel: this level of fluid conductivity is thus monitored by a sensor C1. In addition, it is known that a deionizing resin has a maximum operating temperature of the order of 60 C and that the heat exchange fluid in the main loop of the device can have a Tl temperature of the order of 70 to 90 C: the temperature is also a parameter to be monitored especially for a good operation of the deionizing resin.

La logique de commande 8 a donc plusieurs fonctions importantes : elle peut arrêter le débit du fluide d'échange de chaleur à l'organe de désionisation 7 si la température estimée dans l'organe 7 dépasse sa température maximale de fonctionnement ou si la valeur de la conductivité relevée est inférieure à la valeur maximale de la conductivité tolérable pour le bon fonctionnement de la pile à combustible.  The control logic 8 therefore has several important functions: it can stop the flow of the heat exchange fluid to the deionization member 7 if the estimated temperature in the member 7 exceeds its maximum operating temperature or if the value of the conductivity recorded is less than the maximum value of the conductivity that is tolerable for the proper functioning of the fuel cell.

Elle est aussi apte à déterminer selon l'historique des régénérations du fluide automatiquement déclenchées et leur durée respective un indice de saturation de l'organe de désionisation 7 et de faciliter ainsi sa maintenance en signalant par un moyen quelconque tel qu'un voyant de tableau de bord au conducteur le besoin d'effectuer le remplacement de cette résine.  It is also capable of determining, according to the history of the regenerations of the automatically triggered fluid and their respective duration, a saturation index of the deionization member 7 and thus to facilitate its maintenance by signaling by any means such as a table light to the driver the need to perform the replacement of this resin.

La logique de commande 8 est aussi programmée pour commander la régénération du fluide de façon automatique lors du démarrage de la pile à combustible, ou pendant la phase d'arrêt de la pile ou quand la conductivité du fluide atteint des niveaux incompatibles avec le fonctionnement efficace de la pile à combustible ou considérés comme potentiellement dangereux pour les utilisateurs. Par exemple, à l'arrêt du système pile à combustible, lors d'une phase de post refroidissement par ailleurs nécessaire, la logique de commande 8 commande la régénération du fluide et celle-ci s'effectue pendant toute la phase d'arrêt. Pour ne pas augmenter le temps nécessaire à l'arrêt du système, il est possible de décider que cette régénération ne soit pas menée à son terme : on pourra alors arrêter complètement l'ensemble pile à combustible avant que le niveau de conductivité cible soit atteint.  The control logic 8 is also programmed to control the regeneration of the fluid automatically when starting the fuel cell, or during the stopping phase of the cell or when the fluid conductivity reaches levels incompatible with the efficient operation. fuel cell or considered potentially dangerous for users. For example, when stopping the fuel cell system, during a phase of cooling otherwise necessary, the control unit 8 controls the regeneration of the fluid and it is carried out during the entire stopping phase. In order not to increase the time required to stop the system, it is possible to decide that this regeneration is not completed: it will then be possible to completely stop the fuel cell assembly before the target conductivity level is reached. .

En ce qui concerne la sélection entre le moyen de chauffage 3 ou l'échangeur D de chaleur avec l'extérieur, la logique de commande 8 effectue automatiquement cette sélection par l'intermédiaire de l'électrovanne 2 et peut modifier les paramètres d'échange de chaleur de ce moyen de chauffage 3 et de cet échangeur D de chaleur vers l'extérieur, par exemple en diminuant la résistance du moyen de chauffage 3 jusqu'à l'annuler, en variant les débits respectifs de fluide vers ces deux éléments, ou en augmentant l'échange de chaleur avec l'extérieur par exemple en initiant la marche d'un ou de plusieurs ventilateurs 4 coopérant avec l'échangeur D de chaleur, selon des paramètres tels que la température extérieure, les paramètres d'échange de chaleur de l'échangeur de chaleur D vers l'extérieur le cas échéant l'apport de chaleur de divers éléments se trouvant sur la boucle, et divers paramètres de la pile à combustible, comme sa puissance d'entrée et de sortie, sa température de fonctionnement, et les paramètres de son dispositif interne de régulation de température.  With regard to the selection between the heating means 3 or the heat exchanger D with the outside, the control unit 8 automatically makes this selection via the solenoid valve 2 and can modify the exchange parameters heat of this heating means 3 and this heat exchanger D outwardly, for example by decreasing the resistance of the heating means 3 until it is canceled, by varying the respective flow rates of fluid towards these two elements, or by increasing the heat exchange with the outside, for example by initiating the operation of one or more fans 4 cooperating with the heat exchanger D, according to parameters such as the outside temperature, the heat exchange parameters. heat of the heat exchanger D to the outside if necessary the heat input of various elements on the loop, and various parameters of the fuel cell, such as its power input and output, its operating temperature, and the parameters of its internal temperature control device.

La logique de commande 8 est aussi apte à diminuer temporairement la puissance de la pile à combustible, notamment en diminuant les débits dans les lignes d'alimentation A et B respectives en oxygène et hydrogène adressés à cette pile et en diminuant la puissance électrique consommée par les organes alimentés directement par la pile, par exemple dans le cas où il est nécéssaire de diminuer la température du fluide d'échange de chaleur du dispositif.  The control logic 8 is also capable of temporarily reducing the power of the fuel cell, in particular by reducing the flow rates in the respective supply lines A and B with oxygen and hydrogen addressed to this cell and by reducing the electrical power consumed by the organs supplied directly by the battery, for example in the case where it is necessary to reduce the temperature of the heat exchange fluid of the device.

Ainsi, au démarrage de la pile à combustible, par exemple, cette régénération s'effectue de façon automatique et stabilise la conductivité Cl du fluide d'échange de chaleur du compartiment R interne de la pile à combustible à un niveau bas. En effet, au démarrage et quelles que soient les conditions extérieures, la température du fluide d'échange de chaleur est inférieure à la limite de résistance thermique de la résine de l'organe de désionisation. De plus, si le démarrage s'effectue dans des conditions de gel, le préchauffage de la pile à l'aide du moyen de chauffage 3 est effectué pendant quelques minutes en étant suffisamment lent pour ne pas causer de dommage à la résine. Dans le cas où le fluide d'échange de chaleur présente une température assez élevée pour le fonctionnement normal de la pile mais assez basse pour ne pas nécessiter d'être refroidi dans l'échangeur D de chaleur vers l'extérieur, la logique de l'intermédiaire de l'électrovanne 2 et de débit de ce fluide dans augmenter le commande 8 par la vanne 5 peut la branche de chauffage en maintenant le moyen de chauffage inopérant ce qui fait que la majeure partie du fluide n'est ni réchauffée ni Lorsque d'échange de refroidie par ce dispositif de régulation. le niveau de conductivité Cl du fluide chaleur atteint une limite trop haute pour être compatible avec le bon fonctionnement de la pile à combustible, une phase de régénération est enclenchée : la vanne 6 est ouverte et une partie du fluide d'échange de chaleur est amenée vers l'organe de désionisation. Le cas échéant, la température Tl de la boucle principale doit alors être baissée pour atteindre un niveau suffisement bas afin de permettre la régénération. La logique de commande 8 peut ainsi renforcer le refroidissement du fluide d'échange de chaleur de la boucle principale en réglant les moyens de gestion thermique de cette boucle principale constitués des vannes 2 et 5 pour augmenter la proportion du fluide d'échange de chaleur passant par l'échangeur D de chaleur vers l'extérieur et aussi en activant la vitesse du ventilateur 4 ou des ventilateurs de refroidissement.  Thus, at the start of the fuel cell, for example, this regeneration is performed automatically and stabilizes the conductivity C1 of the heat exchange fluid of the internal compartment R of the fuel cell at a low level. Indeed, at startup and whatever the external conditions, the temperature of the heat exchange fluid is below the thermal resistance limit of the resin of the deionization member. In addition, if the startup is carried out under freezing conditions, the preheating of the cell with the aid of the heating means 3 is carried out for a few minutes while being sufficiently slow so as not to cause damage to the resin. In the case where the heat exchange fluid has a temperature high enough for the normal operation of the battery but low enough not to need to be cooled in the heat exchanger D to the outside, the logic of the the intermediate of the solenoid valve 2 and the flow rate of this fluid in increasing the control 8 by the valve 5 can the heating branch by keeping the heating means inoperative so that most of the fluid is not heated or When exchange of cooled by this control device. the level of conductivity Cl of the heat medium reaches a limit that is too high to be compatible with the proper functioning of the fuel cell, a regeneration phase is triggered: the valve 6 is open and a part of the heat exchange fluid is supplied to the deionizing organ. If necessary, the temperature T1 of the main loop must then be lowered to reach a sufficiently low level to allow regeneration. The control logic 8 can thus reinforce the cooling of the heat exchange fluid of the main loop by adjusting the thermal management means of this main loop consisting of the valves 2 and 5 to increase the proportion of the heat exchange fluid passing through. by the heat exchanger D to the outside and also by activating the speed of the fan 4 or cooling fans.

La fin de cette phase de régénération est atteinte lorsque le niveau de conductivité Cl est redescendu à un niveau acceptable pour le bon fonctionnement du système. La vanne 6 de la branche de régénération est alors à nouveau fermée.  The end of this regeneration phase is reached when the conductivity level C1 has dropped back to an acceptable level for the proper functioning of the system. The valve 6 of the regeneration branch is then closed again.

Lors de la régénération, la part de fluide d'échange de chaleur passant dans la branche de régénération où est placée la résine voit sa conductivité baisser de façon importante, et le renouvellement du passage d'une part du liquide dans cette branche de régénération fait que la conductivité de l'ensemble du fluide d'échange de chaleur se trouve abaissée. La résine sera conçue pour pouvoir être interchangée facilement et à une fréquence compatible avec la maintenance courante de l'ensemble pile à combustible ou plus généralement du véhicule.  During the regeneration, the portion of heat exchange fluid passing through the regeneration branch where the resin is placed sees its conductivity drop significantly, and the renewal of the passage of the liquid part in this branch of regeneration makes that the conductivity of the entire heat exchange fluid is lowered. The resin will be designed to be interchangeable easily and at a frequency compatible with the current maintenance of the fuel cell assembly or more generally the vehicle.

Comme avantages de la solution de la présente invention on pourra citer entre autres: une utilisation possible d'une résine désionisante classique sur un circuit de régulation à température de fonctionnement élevée, - Un contrôle continu de la conductivité du circuit de régulation de la température pour assurer quelle que soit la situation de vie une conductivité compatible avec le bon fonctionnement de la pile à combustible en toute sécurité, - une maintenance de cette résine facilitée par la connaissance de la fréquence et l'efficacité de la 5 régénération, - une durée de vie de la résine augmentée par la maîtrise des chocs thermiques qu'elle doit supporter.  Advantages of the solution of the present invention include among others: a possible use of a conventional deionizing resin on a control circuit at high operating temperature, - a continuous control of the conductivity of the temperature control circuit for to ensure, whatever the life situation, a conductivity compatible with the safe operation of the fuel cell, - a maintenance of this resin facilitated by the knowledge of the frequency and the efficiency of the regeneration, - a duration of resin life increased by the control of the thermal shocks that it must support.

Ainsi, il apparaît clairement que ce dispositif de 10 régulation propose une solution novatrice et efficace de maintien de la conductivité à un niveau suffisamment bas pour être compatible avec les contraintes de fonctionnement de la pile et de sécurité utilisateur.  Thus, it is clear that this regulator provides an innovative and effective solution for maintaining conductivity at a low enough level to be compatible with the constraints of battery operation and user safety.

15 Une pile à combustible avec un tel dispositif selon la présente invention trouve une utilisation dans un véhicule électrique équipé d'un système à pile à combustible en source principale d'énergie, ou dans un véhicule électrique équipé d'un système à pile à 20 combustible en augmentateur d'autonomie, ou dans un véhicule thermique équipé d'une pile à combustible, ou dans un véhicule hybride thermique-électrique. Ainsi, la pile à combustible peut être tout aussi bien utilisée en tant que source principale d'énergie 25 pour le véhicule qu'en augmentateur d'autonomie dans le cas d'un véhicule comprenant une batterie et une pile à combustible, ou en source d'énergie auxiliaire comme sur un véhicule thermique équipé d'une pile à combustible pour des besoins auxiliaires.  A fuel cell with such a device according to the present invention finds use in an electric vehicle equipped with a fuel cell system as the main source of energy, or in an electric vehicle equipped with a battery system. fuel in a range-extender, or in a thermal vehicle equipped with a fuel cell, or in a hybrid electric-electric vehicle. Thus, the fuel cell can be used as a main source of energy for the vehicle as well as an increase of autonomy in the case of a vehicle comprising a battery and a fuel cell, or as a source auxiliary energy as on a thermal vehicle equipped with a fuel cell for auxiliary needs.

30 L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples.The invention is in no way limited to the described and illustrated embodiments which have been given by way of example only.

Claims (12)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation de la conductivité d'un fluide d'échange de chaleur circulant dans le compartiment (R) interne de régulation de température d'une pile à combustible, cette régulation de la conductivité s'effectuant par passage du fluide d'échange de chaleur dans un organe de désionisation (7), ce dispositif de régulation de la conductivité étant caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de circulation du fluide d'échange de chaleur portant l'organe de désionisation (7) et avec des moyens de régulation (6) du débit de fluide passant dans cet organe (7), ce circuit de circulation se trouvant en parallèle du compartiment (R) interne de régulation de température de la pile à combustible, en ce qu'il comprend une logique de commande (8) apte à recevoir en temps réel des valeurs de conductivité (Cl) et de température (T1) du fluide d'échange de chaleur prises à un endroit donné de passage de ce fluide et permettant d'estimer les valeurs de conductivité et de température du fluide régnant dans l'organe de désionisation (7) à cet instant et en ce que la logique de commande (8) règle automatiquement les moyens de régulation (6) de débit afin qu'une partie seulement du débit du fluide d'échange de chaleur du compartiment (R) interne soit amenée à l'organe de désionisation (7) pour régénération, cette partie étant plus ou moins grande selon les valeurs de conductivité et de température relevées.  1. A device for regulating the conductivity of a heat exchange fluid flowing in the internal compartment (R) for regulating the temperature of a fuel cell, this regulation of the conductivity being effected by passing the fluid of heat exchange in a deionization member (7), this conductivity control device being characterized in that it comprises a circulation circuit of the heat exchange fluid carrying the deionization member (7) and with means for regulating (6) the flow rate of fluid passing through this member (7), this circulation circuit being in parallel with the internal temperature regulating compartment (R) of the fuel cell, in that it comprises a logic control unit (8) capable of receiving in real time values of conductivity (C1) and temperature (T1) of the heat exchange fluid taken at a given point of passage of this fluid and making it possible to estimate the values of the of the fluid prevailing in the deionization member (7) at this time and that the control logic (8) automatically adjusts the flow control means (6) so that only a part of the flow rate of the heat exchange fluid of the internal compartment (R) is fed to the deionization member (7) for regeneration, this part being larger or smaller depending on the conductivity and temperature values noted. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la logique de commande (8) peut arrêter le débit de ce fluide à l'organe de désionisation (7) si la température estimée dans l'organe de désionisation (7) dépasse la température maximale defonctionnement de cet organe (7) ou si la valeur de la conductivité relevée est inférieure à la valeur maximale de la conductivité tolérable pour le bon fonctionnement de la pile à combustible.  2. Device according to claim 1, characterized in that the control logic (8) can stop the flow of this fluid to the deionization member (7) if the estimated temperature in the deionization member (7) exceeds the maximum temperature of operation of this member (7) or if the value of the conductivity recorded is less than the maximum value of the conductivity tolerable for the proper functioning of the fuel cell. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la logique de commande (8) est aussi apte à déterminer selon l'historique des régénérations du fluide automatiquement déclenchées et leur durée respective un indice de saturation de l'organe de désionisation (7) et de faciliter ainsi sa maintenance.  3. Device according to claim 2, characterized in that the control logic (8) is also able to determine according to the history of fluid regeneration automatically triggered and their respective duration a saturation index of the deionization member (7). ) and thus facilitate its maintenance. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de désionisation (7) comprend une résine désionisante, notamment une résine désionisante à lit mélangé, capable de fixer les anions et les cations et que la régénération du fluide s'effectue dans des températures compatibles avec les plages de température pour l'utilisation de la résine.  4. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the deionization member (7) comprises a deionizing resin, in particular a deionizing resin mixed bed, capable of fixing the anions and cations and that the regeneration of the fluid is carried out at temperatures compatible with the temperature ranges for the use of the resin. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la logique de commande (8) est programmée pour commander la régénération du fluide de façon automatique lors du démarrage de la pile à combustible, ou pendant la phase d'arrêt de la pile ou quand la conductivité du fluide atteint des niveaux incompatibles avec le fonctionnement efficace de la pile à combustible ou considérés comme potentiellement dangereux pour les utilisateurs.  5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the control logic (8) is programmed to control the regeneration of the fluid automatically when starting the fuel cell, or during the stopping phase. from the cell or when the fluid conductivity reaches levels that are incompatible with the efficient operation of the fuel cell or are considered potentially dangerous for users. 6. Dispositif de régulation de température d'une pile à combustible par un fluide d'échange de chaleur, ce dispositif comprenant un compartiment (R) interne de régulation dans la pile à combustible, une pompe (1) pour la circulation du fluide d'échange de chaleur, un échangeur (D) de chaleur avec l'extérieur et des moyens de régulation (2, 5) du débit du fluide d'échange dechaleur, caractérisé en ce que le compartiment (R) interne de régulation de la pile à combustible, la pompe (1), l'échangeur (D) de chaleur et les moyens de régulation (2, 5) sont disposés sur une boucle de circulation du fluide d'échange de chaleur et que ce dispositif de régulation de la température comprend un dispositif de régulation de la conductivité du fluide d'échange de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, ce dispositif de régulation de la conductivité se trouvant sur une branche du dispositif de régulation de température en parallèle avec le compartiment (R) interne de régulation de la pile à combustible.  6. A device for regulating the temperature of a fuel cell with a heat exchange fluid, this device comprising an internal regulation compartment (R) in the fuel cell, a pump (1) for the circulation of the fluid of heat exchange, a heat exchanger (D) with the outside and means (2, 5) for regulating the flow rate of the heat exchange fluid, characterized in that the internal compartment (R) for regulating the battery fuel, the pump (1), the heat exchanger (D) and the regulating means (2, 5) are arranged on a circulation loop of the heat exchange fluid and that this temperature control device comprises a device for regulating the conductivity of the heat exchange fluid according to any one of the preceding claims, this conductivity control device being on a branch of the temperature control device in parallel with the compartment (R) internal regulation of the fuel cell. 7. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de chauffage (3) du fluide d'échange de chaleur placé en parallèle avec l'échangeur de chaleur (D) vers l'extérieur, une électrovanne (2) permettant de mettre hors boucle sélectivement soit l'échangeur de chaleur (D) soit le moyen de chauffage (3) ou de réduire leur débit respectif, afin que le dispositif de régulation puisse effectuer un refroidissement ou un réchauffement du fluide d'échange de chaleur.  7. Device according to the preceding claim, characterized in that it comprises a heating means (3) of the heat exchange fluid placed in parallel with the heat exchanger (D) to the outside, a solenoid valve (2). ) enabling the heat exchanger (D) or the heating means (3) to be switched off selectively or to reduce their respective flow rate, so that the control device can cool or heat the heat exchange fluid. heat. 8. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'électrovanne (2) est commandée par la logique de commande qui peut aussi modifier les paramètres d'échange de chaleur du moyen de chauffage et de l'échangeur (D) de chaleur, par exemple en diminuant la résistance du moyen de chauffage jusqu'à l'annuler, en variant les débits respectifs de fluide vers ces deux éléments, ou en augmentant l'échange de chaleur avec l'extérieur par exemple en initiant la marche d'un ou de plusieurs ventilateurs (4) coopérant avec l'échangeur (D) de chaleur, ces paramètres d'échange étant modifiés en fonction de données transmises à la logique de commande(8) telles que la température extérieure, les données existantes d'échange de chaleur de l'échangeur (D) de chaleur vers l'extérieur ou la valeur de la résistance du moyen de chauffage (3), le cas échéant l'apport de chaleur de divers éléments se trouvant sur la boucle, et divers paramètres de la pile à combustible, comme sa puissance d'entrée et de sortie, sa température de fonctionnement, et les paramètres de son dispositif interne de régulation de température.  8. Device according to the preceding claim, characterized in that the solenoid valve (2) is controlled by the control unit which can also change the heat exchange parameters of the heating means and the heat exchanger (D). for example by decreasing the resistance of the heating means until it is canceled, by varying the respective flow rates of fluid towards these two elements, or by increasing the heat exchange with the outside, for example by initiating the step of one or more fans (4) cooperating with the heat exchanger (D), these exchange parameters being modified as a function of data transmitted to the control logic (8) such as the outside temperature, the existing data of heat exchange of the heat exchanger (D) towards the outside or the value of the resistance of the heating means (3), where appropriate the heat input of various elements on the loop, and various parameters of the pile fuel, such as its input and output power, its operating temperature, and the parameters of its internal temperature control device. 9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la logique de commande (8) est apte à diminuer la puissance de la pile à combustible, notamment en diminuant les débits dans les lignes d'alimentation respectives (A, B) en oxygène et hydrogène adressés à cette pile et en diminuant la puissance électrique consommée par les organes alimentés directement par la pile, par exemple dans le cas où il est nécéssaire de diminuer la température du fluide d'échange de chaleur du dispositif.  9. Device according to the preceding claim, characterized in that the control logic (8) is adapted to reduce the power of the fuel cell, in particular by reducing the flow rates in the respective supply lines (A, B) in oxygen and hydrogen addressed to this battery and decreasing the electrical power consumed by the organs supplied directly by the battery, for example in the case where it is necessary to reduce the temperature of the heat exchange fluid of the device. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le fluide d'échange de chaleur est de l'eau pure ou un mélange d'eau avec de l'antigel et des additifs divers permettant le fonctionnement du dispositif par temps froid.  10. Device according to any one of claims 6 to 9, characterized in that the heat exchange fluid is pure water or a mixture of water with antifreeze and various additives for the operation of the device in cold weather. 11. Pile à combustible caractérisé en ce qu'elle comprend un dispositif de régulation de la température ou de la conductivité de son liquide de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes.  Fuel cell characterized in that it comprises a device for regulating the temperature or the conductivity of its coolant according to any one of the preceding claims. 12. Utilisation d'une pile à combustible selon la revendication précédente dans un véhicule électrique équipé d'une pile à combustible en source principale d'énergie, ou dans un véhicule électrique équipé d'une pile à combustible en augmentateur d'autonomie, ou dans un véhicule thermique équipé d'une pile à combustible, ou dans un véhicule hybride thermique-électrique.  12. Use of a fuel cell according to the preceding claim in an electric vehicle equipped with a fuel cell as a main source of energy, or in an electric vehicle equipped with a fuel cell battery, or in a thermal vehicle equipped with a fuel cell, or in a hybrid electric-electric vehicle.
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