FR3138362A1 - Ensemble de motorisation electrique pour vehicule electrique ou hybride, comprenant une pile a combustible - Google Patents
Ensemble de motorisation electrique pour vehicule electrique ou hybride, comprenant une pile a combustible Download PDFInfo
- Publication number
- FR3138362A1 FR3138362A1 FR2207771A FR2207771A FR3138362A1 FR 3138362 A1 FR3138362 A1 FR 3138362A1 FR 2207771 A FR2207771 A FR 2207771A FR 2207771 A FR2207771 A FR 2207771A FR 3138362 A1 FR3138362 A1 FR 3138362A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- electric
- fuel cell
- vehicle
- carbon dioxide
- battery
- 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
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 76
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 141
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 69
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 69
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims abstract description 32
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 42
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 42
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 28
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 26
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 16
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 3
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims description 3
- 239000003570 air Substances 0.000 description 15
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 239000004606 Fillers/Extenders Substances 0.000 description 2
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
- B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
- B60L50/75—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using propulsion power supplied by both fuel cells and batteries
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
L’invention concerne un ensemble de motorisation électrique (2) pour véhicule électrique ou hybride, comprenant un groupe motopropulseur électrique (3) de traction du véhicule et un système d’alimentation électrique (4), le groupe motopropulseur électrique (3) étant muni d’une machine électrique (8), le système d’alimentation électrique (4) comprenant une batterie électrique (10) reliée à la machine électrique (8), et une pile à combustible (12) reliée électriquement en série à la batterie électrique (10) et apte à être reliée à un circuit (1) de circulation d’eau, l’ensemble de motorisation électrique (2) comprenant en outre un premier et un deuxième réservoirs de gaz (14, 16), dans lequel la pile à combustible (12) est une pile à combustible réversible apte à fonctionner alternativement dans un mode direct et dans un mode inverse, la pile à combustible étant configurée pour mettre en œuvre dans son mode inverse un captage du dioxyde de carbone contenu dans l’air. Fig. 1
Description
L’invention se rapporte à un ensemble de motorisation électrique pour véhicule électrique ou hybride, comprenant un groupe motopropulseur électrique de traction du véhicule et un système d’alimentation électrique relié au groupe motopropulseur électrique. Le groupe motopropulseur électrique est muni d’une machine électrique permettant la traction du véhicule, et le système d’alimentation électrique comprend une batterie électrique reliée à la machine électrique. La batterie électrique (aussi appelée bloc batterie ou « battery pack » en anglais) est typiquement mais non limitativement une batterie de traction du véhicule, par exemple une batterie haute tension. La machine électrique est par exemple apte à fonctionner alternativement en mode moteur et en mode générateur. L’invention se rapporte également à un véhicule électrique ou hybride comprenant un tel ensemble de motorisation électrique, et à une utilisation d’un tel véhicule électrique ou hybride. L’invention se situe dans le domaine de la mobilité propre, la mobilité électrique, la conversion de l’hydrogène, ainsi que le captage et le stockage du dioxyde de carbone.
Il est connu de l’état de la technique des véhicules électriques ou hybrides munis d’un ensemble de motorisation électrique comprenant un groupe motopropulseur électrique de traction du véhicule et un système d’alimentation électrique relié au groupe motopropulseur électrique. Le groupe motopropulseur électrique est muni d’une machine électrique permettant la traction du véhicule, et le système d’alimentation électrique comprend une batterie électrique reliée à la machine électrique. La batterie électrique est typiquement une batterie haute tension, rechargeable. Certains de ces véhicules mettent en œuvre une architecture fonctionnelle dite « hybride série » (aussi appelée « range extender » en anglais), ce qui signifie que la batterie électrique est connectée en série entre la machine électrique et un groupe électrogène muni d’un moteur thermique. Le moteur thermique, qui entraîne un générateur de courant relié à la batterie électrique, est ainsi configuré pour prendre le relais de la batterie électrique lorsque cette dernière atteint un seuil prédéterminé de décharge, permettant une prolongation de l’autonomie de roulage du véhicule. Dans certains de ces véhicules de type « hybride série », une unité de puissance auxiliaire fonctionnant à l’hydrogène est implantée et/ou vient remplacer le groupe électrogène. Une telle unité de puissance auxiliaire fonctionnant à l’hydrogène est par exemple une pile à combustible de type à membrane d’échange de protons (aussi appelée pile à combustible à membrane électrolyte polymère). La pile à combustible est capable de convertir de l’hydrogène en électricité et en eau, l’hydrogène étant stocké à bord du véhicule dans un réservoir d’hydrogène (par exemple sous des pressions de l’ordre de 700 bars). L’électricité est ensuite envoyée vers la batterie électrique haute tension pour augmenter l’autonomie du véhicule. L’hydrogène est par exemple rempli dans le véhicule via un raccordement entre le réservoir d’hydrogène du véhicule et une station externe de recharge en hydrogène.
Afin d’atteindre des objectifs réglementaires de plus en plus contraignants en termes de neutralité carbone pour les véhicules, il existe un besoin de pouvoir réduire les émissions indirectes en dioxyde de carbone par les véhicules électriques. Les véhicules électriques n’émettent en effet pas directement de dioxyde de carbone pendant leur utilisation, mais émettent des émissions de dioxyde de carbone équivalentes dans leur cycle de vie total – autrement dit durant leur production et au cours de leur fin de vie. Pour répondre au besoin précité, il est donc nécessaire de pouvoir équiper de tels véhicules électriques avec des systèmes embarqués de captage et/ou de stockage de dioxyde de carbone. Une solution connue consiste à utiliser une membrane à dioxyde carbone pour effectuer le captage du dioxyde de carbone contenu dans l’air à l’extérieur du véhicule. Le document brevet US 2019/0118660 A1 décrit par exemple l’utilisation d’une telle membrane à dioxyde carbone dans un véhicule électrique. Ce document décrit plus précisément, lors d’un processus de recharge électrique du véhicule électrique lorsque ce dernier est à l’arrêt, une étape de filtration du dioxyde de carbone contenu dans l’air. Le dioxyde de carbone extrait de l’air peut être partiellement stocké dans un système de stockage de dioxyde de carbone pour une livraison ultérieure. Le système de stockage de dioxyde de carbone peut en effet être agencé dans un réservoir démontable, et donc échangeable. Le dioxyde de carbone extrait de l’air peut également être transformé (au sein du véhicule) en acide carbonique via des cellules électrochimiques contenues dans la membrane, un tel acide étant utilisé ensuite pour produire de l’électricité pendant la phase de roulage du véhicule. L’électricité ainsi produite est acheminée vers la batterie électrique du véhicule. L’utilisation de l’acide carbonique pour produire de l’électricité pendant la phase du roulage du véhicule (phase de recharge dynamique) aide alors à augmenter l’autonomie du véhicule électrique, via l’utilisation d’une architecture de type « hybride série » chimique. Toutefois, un inconvénient d’une telle architecture est qu’elle entraîne des risques chimiques liés à l’utilisation d’acide carbonique.
Le but de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un ensemble de motorisation électrique pour véhicule électrique ou hybride, permettant au véhicule de générer de l’électricité de manière autonome lors de la phase de roulage du véhicule (phase de recharge dynamique du véhicule) à partir d’un captage du dioxyde de carbone contenu dans l’air, et ce sans provoquer l’apparition de risques chimiques.
Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un ensemble de motorisation électrique pour véhicule électrique ou hybride, l’ensemble de motorisation électrique comprenant un groupe motopropulseur électrique de traction du véhicule et un système d’alimentation électrique relié au groupe motopropulseur électrique, le groupe motopropulseur électrique étant muni d’une machine électrique, le système d’alimentation électrique comprenant une batterie électrique reliée à la machine électrique, et une pile à combustible reliée électriquement en série à la batterie électrique et apte à être reliée à un circuit de circulation d’eau au sein du véhicule, l’ensemble de motorisation électrique comprenant en outre un premier et un deuxième réservoirs de gaz tous deux reliés à la pile à combustible, la pile à combustible étant une pile à combustible réversible apte à fonctionner alternativement dans un mode direct et dans un mode inverse, la pile à combustible apte à fonctionner dans son mode direct comme un générateur d’électricité, et apte à fonctionner dans son mode inverse comme un électrolyseur, la pile à combustible étant configurée pour mettre en œuvre dans son mode inverse un captage du dioxyde de carbone contenu dans l’air et pour générer de l’hydrogène et de l’oxygène par électrolyse via une décomposition de l’eau issue du circuit de circulation d’eau, l’eau et le dioxyde de carbone capté étant les réactants de l’électrolyse se produisant au niveau des électrodes de la pile à combustible, l’hydrogène généré étant stocké dans le premier réservoir de gaz, l’oxygène généré étant stocké dans le deuxième réservoir de gaz.
Grâce à l’utilisation dans le système d’alimentation électrique d’une pile à combustible réversible apte à fonctionner dans son mode direct comme un générateur d’électricité, et apte à fonctionner dans son mode inverse comme un électrolyseur, la pile à combustible peut efficacement capter du dioxyde de carbone contenu dans l’air, et produire (à partir de ce dioxyde de carbone capté) de l’hydrogène ainsi que stocker au sein du véhicule l’hydrogène ainsi produit. Conjointement avec l’utilisation d’oxygène, l’hydrogène produit peut ensuite servir au véhicule pour générer de l’électricité de manière autonome depuis la pile à combustible lors de la phase de roulage du véhicule (phase de recharge dynamique), et ce sans provoquer l’apparition de risques chimiques. L’ensemble de motorisation électrique selon l’invention permet ainsi de décarboner les véhicules électriques ou hybrides équipés d’un tel ensemble pendant la phase de leur utilisation, en absorbant le dioxyde de carbone contenu dans l’air. Ceci permet de réduire le bilan carbone dans la phase d’utilisation du véhicule, voire de rendre ce bilan carbone négatif, contribuant ainsi à une mobilité à émissions équivalentes nettes de dioxyde de carbone nulles ou quasi nulles.
L’ensemble de motorisation électrique selon l’invention permet en outre de valoriser la phase de recharge électrique du véhicule, donc la phase de non-utilisation du véhicule pour de la mobilité. La valorisation vient directement du captage et de la transformation de dioxyde de carbone effectués à bord du véhicule, pendant sa phase de recharge, donc quand le véhicule est en mode stationnaire.
Avantageusement, l’ensemble de motorisation électrique comporte en outre un réservoir de dioxyde de carbone relié à la pile à combustible, au moins une partie du dioxyde de carbone capté par la pile à combustible dans son mode inverse étant stockée dans le réservoir de dioxyde de carbone. Ceci permet de stocker à bord du véhicule du dioxyde de carbone capté dans l’air, pour une utilisation ultérieure telle que par exemple un déversement dans une station externe de récupération de dioxyde de carbone ou dans un réseau de chauffage domestique ou urbain à partir de dioxyde de carbone.
De préférence, la pile à combustible comporte des moyens de production de méthane synthétique à partir de l’hydrogène généré par électrolyse de l’eau, le méthane synthétique produit étant stocké dans le premier réservoir de gaz. La transformation de l’hydrogène en méthane fournit en effet un moyen de stockage efficace de l’hydrogène sous forme chimique.
Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, l’ensemble de motorisation électrique comporte en outre un reformeur apte à reformer de l’hydrogène à partir de méthane synthétique, ledit reformeur étant relié à la pile à combustible et au premier réservoir de gaz. Ceci permet de décomposer le méthane synthétique stocké dans le premier réservoir de gaz en hydrogène, l’hydrogène étant ensuite utilisé dans la pile à combustible quand elle est dans son mode direct (correspondant au mode de roulage du véhicule) pour produire de l’électricité et de l’eau par réaction d’oxydo-réduction entre l’hydrogène et l’oxygène de l’air.
Avantageusement, le mode direct de la pile à combustible correspond à un mode de roulage du véhicule, et le mode inverse de la pile à combustible correspond à un mode stationnaire du véhicule dans lequel la batterie électrique est apte à être connectée à un dispositif de recharge électrique extérieur au véhicule.
L’invention se rapporte également à un véhicule électrique ou hybride, comportant un ensemble de motorisation électrique tel que décrit ci-dessus.
L’invention se rapporte également à une utilisation d’un véhicule électrique ou hybride tel que décrit ci-dessus, dans laquelle la batterie électrique du véhicule est connectée à un dispositif de recharge électrique extérieur au véhicule lorsque le véhicule est à l’arrêt, et dans laquelle le mode inverse de la pile à combustible est mis en œuvre lorsque la batterie électrique du véhicule est connectée audit dispositif de recharge électrique et que l’état de charge électrique de la batterie électrique est au maximum.
Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, le dispositif de recharge électrique extérieur au véhicule est relié à un réseau d’alimentation électrique, le réseau d’alimentation électrique étant relié à une ou plusieurs source(s) de production d’énergie électrique à partir d’énergies renouvelables. Lorsque le véhicule électrique ou hybride est relié électriquement au réseau d’alimentation électrique via le dispositif de recharge électrique, le véhicule agit alors comme un tampon d’énergie, autrement dit il assure le rôle de stockage d’énergie électrique pour la production d’énergie renouvelable. Quand la capacité de la batterie électrique est pleine et que le réseau d’alimentation électrique dispose d’un surplus d’électricité produite (surtout des énergies renouvelables telles que l’énergie solaire ou éolienne), la pile à combustible réversible peut être alimentée avec de l’électricité produite à partir d’énergies renouvelables et issue du réseau électrique. Une fois alimentée en électricité « verte », la pile à combustible agit alors en mode inverse et capte le dioxyde de carbone contenu dans l’air (qui est ensuite envoyé dans un réservoir de stockage à bord du véhicule), et génère de l’hydrogène et de l’oxygène par électrolyse (ces derniers étant également stockés dans des réservoirs de gaz à bord du véhicule, l’hydrogène étant préalablement transformé avant stockage en méthane synthétique).
Selon une autre caractéristique technique particulière de l’invention, au moins une partie du dioxyde de carbone capté par la pile à combustible dans son mode inverse est stockée dans le réservoir de dioxyde de carbone.
Avantageusement, le réservoir de dioxyde de carbone du véhicule est raccordé à une station externe de récupération de dioxyde de carbone ou à un réseau de chauffage domestique ou urbain à partir de dioxyde de carbone, et le dioxyde de carbone stocké dans le réservoir de dioxyde de carbone est transféré vers ladite station externe ou vers ledit réseau de chauffage domestique ou urbain, permettant un remplissage en dioxyde de carbone de la station externe ou du réseau de chauffage domestique ou urbain. Ceci permet de valoriser efficacement à l’extérieur du véhicule le dioxyde de carbone capté par la pile à combustible du véhicule, et de contribuer ainsi à réduire encore le bilan carbone global du véhicule.
L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles :
- illustre schématiquement un ensemble de motorisation électrique selon un mode de réalisation de l’invention, l’ensemble de motorisation électrique comprenant une pile à combustible réversible ; et
- illustre schématiquement les différents modes de fonctionnement de la pile à combustible réversible de la .
-
-
En référence à la est illustré un ensemble de motorisation électrique 2 selon un mode de réalisation de l’invention. L’ensemble de motorisation électrique 2 est destiné à être installé au sein d’un véhicule électrique ou hybride, notamment un véhicule automobile (un tel véhicule n’étant pas représenté sur les figures pour des raisons de clarté). Le véhicule comporte typiquement un circuit 1 de circulation d’eau au sein du véhicule, un tel circuit 1 étant représenté sur les figures 1 et 2.
L’ensemble de motorisation électrique 2 comprend un groupe motopropulseur électrique 3 de traction du véhicule, ainsi qu’un système d’alimentation électrique 4 relié au groupe motopropulseur électrique 3.
Le groupe motopropulseur électrique 3 comporte une machine électrique 8. La machine électrique 8 est par exemple apte à fonctionner alternativement en mode moteur ou en mode générateur, selon le mode de fonctionnement actif du véhicule (mode moteur pour transformer de l’énergie électrique en couple mécanique, ou mode générateur lorsque l’inertie du véhicule permet de transformer un couple mécanique en énergie électrique, par exemple lors d’un mode de freinage régénératif). En variante, la machine électrique 8 peut être un simple moteur électrique.
Le système d’alimentation électrique 4 comprend une batterie électrique 10, une pile à combustible 12, un premier réservoir de gaz 14, un deuxième réservoir de gaz 16, et un réservoir de dioxyde de carbone 18. De préférence, comme illustré dans le mode de réalisation particulier de la , le système d’alimentation électrique 4 comporte en outre un reformeur d’hydrogène 20.
La batterie électrique 10 est reliée à la machine électrique 8 et est typiquement mais non limitativement une batterie de traction du véhicule, par exemple une batterie haute tension. La batterie électrique 10 est une batterie rechargeable, apte à être connectée à un dispositif de recharge électrique extérieur au véhicule pour sa recharge électrique (un tel dispositif de recharge n’étant pas représenté sur les figures pour des raisons de clarté).
La pile à combustible 12 est reliée électriquement en série à la batterie électrique 10. De cette façon, le groupe motopropulseur électrique 3 met en œuvre une architecture fonctionnelle dite « hybride série » (aussi appelée « range extender » en anglais), ce qui signifie que la batterie électrique 10 est positionnée dans un montage en série, entre la pile à combustible 12 d’une part et la machine électrique 8 d’autre part. La pile à combustible 12 est également reliée (par communication fluidique) au circuit 1 de circulation d’eau, aux premier et deuxième réservoirs de gaz 14, 16, au réservoir de dioxyde de carbone 18 et au reformeur d’hydrogène 20.
La pile à combustible 12 est une pile à combustible réversible apte à fonctionner alternativement dans un mode direct 22 et dans un mode inverse 24 (ces deux modes de fonctionnement 22, 24 étant illustrés sur la ). Plus précisément, la pile à combustible 12 est apte à fonctionner dans son mode direct 22 comme un générateur d’électricité, et est apte à fonctionner dans son mode inverse 24 comme un électrolyseur. Comme illustré sur la , la pile à combustible 12 est configurée dans son mode direct 22 pour générer de l’électricité E1 et de l’eau 25A à partir d’hydrogène 26A stocké dans le premier réservoir de gaz 14 (ou issu de ce dernier), et à partir d’oxygène 28A stocké dans le deuxième réservoir de gaz 16 (et issu par exemple de l’air ambiant). La réaction chimique se produisant dans la pile à combustible 12 dans son mode direct 22 est une réaction d’oxydo-réduction. L’électricité générée E1 alimente directement la batterie électrique 10, et est stockée au sein de cette batterie électrique 10, ce qui permet d’augmenter l’autonomie électrique du véhicule électrique ou hybride. L’eau générée 25A est récupérée et renvoyée ensuite vers le circuit 1 de circulation d’eau pour être utilisée plus tard dans la phase d’électrolyse (effectuée au cours du mode inverse 24) de la pile à combustible 12, ou bien vers un circuit de refroidissement (non représenté) de la batterie électrique 10 ou de la pile à combustible 12.
La pile à combustible 12 est configurée en outre pour mettre en œuvre dans son mode inverse 24 un captage du dioxyde de carbone contenu dans l’air et pour générer de l’hydrogène 26B et de l’oxygène 28B par électrolyse via une décomposition de l’eau 25B issue du circuit 1 de circulation d’eau. De l’électricité E2, fournie par la batterie électrique 10 en entrée de la pile 12, est nécessaire pour que cette dernière mettre en œuvre l’électrolyse. L’eau 25B et le dioxyde de carbone capté sont alors les réactants de l’électrolyse se produisant au niveau des électrodes de la pile à combustible 12, l’hydrogène généré 26B étant stocké (directement ou après transformation, comme cela sera décrit immédiatement par la suite) dans le premier réservoir de gaz 14, l’oxygène généré 28B étant stocké dans le deuxième réservoir de gaz 16. De préférence, la pile à combustible 12 comporte des moyens de production de méthane synthétique (non représentés), à partir de l’hydrogène généré par électrolyse de l’eau. Dans ce cas, le méthane synthétique produit est stocké dans le premier réservoir de gaz 14 (et la flèche 26B de la matérialise alors le flux de méthane), le premier réservoir de gaz 14 étant alors un réservoir de méthane. En variante, la pile à combustible 12 comporte des moyens de production d’ammoniac à partir de l’hydrogène généré par électrolyse de l’eau. Dans ce cas, l’ammoniac produit est stocké dans le premier réservoir de gaz 14 (et la flèche 26B de la matérialise alors le flux d’ammoniac), le premier réservoir de gaz 14 étant alors un réservoir d’ammoniac. Le dioxyde de carbone capté dans l’air par la pile 12 circule par la cathode de cette dernière où il est décomposé en méthane 26B et en oxygène 28B. Le reste du dioxyde de carbone non décomposé est recirculé par la pile à combustible 12 pour continuer les réactions de production de méthane synthétique 26B, ou bien est stocké (en tout ou partie) dans le réservoir de dioxyde de carbone 18. L’eau 25B circule par l’anode de la pile 12 où elle est décomposée en hydrogène et en oxygène 28B par l’électrolyse.
Avantageusement, comme cela sera décrit par la suite, le mode direct de la pile à combustible 12 correspond à un mode de roulage du véhicule électrique ou hybride, et le mode inverse de la pile à combustible 12 correspond à un mode stationnaire du véhicule dans lequel la batterie électrique 10 est apte à être connectée à un dispositif de recharge électrique extérieur au véhicule (non représenté sur les figures). Un tel dispositif est par exemple une prise de recharge en courant électrique haute tension, ou encore une station de recharge électrique.
Le reformeur d’hydrogène 20 (visible uniquement sur la ) est relié au premier réservoir de gaz 14 et à la pile à combustible 12. Le reformeur 20 est apte à reformer de l’hydrogène 26A à partir de méthane synthétique 26B stocké dans le premier réservoir de gaz 14.
Le fonctionnement de l’ensemble de motorisation électrique 2 selon la présente invention va maintenant être décrit.
Lorsque le véhicule électrique ou hybride est à l’arrêt, la batterie électrique 10 peut être connectée pour sa recharge électrique à un dispositif de recharge électrique extérieur au véhicule. Un tel dispositif de recharge électrique est typiquement relié à un réseau d’alimentation électrique, le réseau d’alimentation électrique étant lui-même relié à une ou plusieurs source(s) de production d’énergie électrique, par exemple une ou plusieurs source(s) de production d’énergie électrique à partir d’énergies renouvelables. Lorsque le véhicule se recharge électriquement sur le réseau d’alimentation électrique, il recharge sa batterie électrique 10. Le véhicule branché au réseau d’alimentation électrique via le dispositif de recharge électrique agit alors comme un tampon d’énergie, autrement dit un stockage d’énergie pour la production d’énergie renouvelable. Quand l’état de charge de la batterie électrique 10 est au maximum et que le réseau d’alimentation électrique dispose d’un surplus d’électricité produite, notamment via des énergies renouvelables (tels que l’énergie solaire ou éolienne), la pile à combustible inversée peut être alimentée avec de l’électricité E2 produite à partir d’énergies renouvelables et issue du réseau électrique. Une fois alimentée en électricité « verte », la pile à combustible 12 agit alors en mode inverse 24, correspondant à un mode stationnaire du véhicule, et capte le dioxyde de carbone contenu dans l’air. De préférence, au moins une partie du dioxyde de carbone capté par la pile à combustible 12 dans son mode inverse 24 est stockée dans le réservoir de dioxyde de carbone 18. Le dioxyde de carbone stocké dans le réservoir de dioxyde de carbone 18 peut ultérieurement être transféré vers une station externe de récupération de dioxyde de carbone ou vers un réseau de chauffage domestique ou urbain à partir de dioxyde de carbone, permettant un remplissage en dioxyde de carbone de cette dernière ou de ce dernier. Pour ce faire, le réservoir de dioxyde de carbone 18 du véhicule est raccordé à la station externe ou au réseau de chauffage domestique ou urbain. Dans son mode inverse 24, la pile à combustible 12 génère de l’hydrogène 26B et de l’oxygène 28B par électrolyse via une décomposition de l’eau 25B issue du circuit 1 de circulation d’eau.
Lorsque le véhicule électrique ou hybride roule (mode de roulage, aussi appelé mode de propulsion du véhicule), la pile à combustible 12 fonctionne dans son mode direct 22, c’est-à-dire qu’elle génère de l’électricité E1 et de l’eau 25A à partir de l’hydrogène 26A stocké dans le premier réservoir de gaz 14 (ou issu de ce dernier), et à partir de l’oxygène 28A stocké dans le deuxième réservoir de gaz 16. L’électricité ainsi générée E1 est transmise par la pile à combustible 12 à la batterie électrique 10, qui la stocke. La pile à combustible 12 contribue ainsi à augmenter l’autonomie électrique du véhicule électrique ou hybride. Dans l’exemple de réalisation particulier de la , dans le mode direct 22 de la pile à combustible 12, l’hydrogène utilisé pour la réaction d’oxydo-réduction entre l’oxygène et l’hydrogène est reformé par le reformeur 20 à partir de méthane synthétique stocké dans le premier réservoir de gaz 14.
L’ensemble de motorisation électrique 2 selon l’invention permet de décarboner les véhicules électriques ou hybrides équipés d’un tel ensemble 2 pendant la phase de leur utilisation, en absorbant le dioxyde de carbone contenu dans l’air. Ceci permet de réduire le bilan carbone dans la phase d’utilisation du véhicule, voire de rendre ce bilan carbone négatif, contribuant ainsi à une mobilité à émissions équivalentes nettes de dioxyde de carbone nulles ou quasi nulles. Conjointement avec l’utilisation d’oxygène, l’hydrogène produit peut également servir au véhicule pour générer de l’électricité de manière autonome depuis la pile à combustible 12 lors de la phase de roulage du véhicule (phase de recharge dynamique), et ce sans provoquer l’apparition de risques chimiques.
Claims (10)
- Ensemble de motorisation électrique (2) pour véhicule électrique ou hybride, l’ensemble de motorisation électrique (2) comprenant un groupe motopropulseur électrique (3) de traction du véhicule et un système d’alimentation électrique (4) relié au groupe motopropulseur électrique (3), le groupe motopropulseur électrique (3) étant muni d’une machine électrique (8), le système d’alimentation électrique (4) comprenant une batterie électrique (10) reliée à la machine électrique (8), et une pile à combustible (12) reliée électriquement en série à la batterie électrique (10) et apte à être reliée à un circuit (1) de circulation d’eau au sein du véhicule, l’ensemble de motorisation électrique (2) comprenant en outre un premier et un deuxième réservoirs de gaz (14, 16) tous deux reliés à la pile à combustible (12), caractérisé en ce que la pile à combustible (12) est une pile à combustible réversible apte à fonctionner alternativement dans un mode direct (22) et dans un mode inverse (24), la pile à combustible (12) étant apte à fonctionner dans son mode direct (22) comme un générateur d’électricité, et étant apte à fonctionner dans son mode inverse (24) comme un électrolyseur, la pile à combustible (12) étant configurée pour mettre en œuvre dans son mode inverse (24) un captage du dioxyde de carbone contenu dans l’air et pour générer de l’hydrogène (26B) et de l’oxygène (28B) par électrolyse via une décomposition de l’eau (25B) issue du circuit (1) de circulation d’eau, l’eau (25B) et le dioxyde de carbone capté étant les réactants de l’électrolyse se produisant au niveau des électrodes de la pile à combustible (12), l’hydrogène généré (26B) étant stocké dans le premier réservoir de gaz (14), l’oxygène généré (28B) étant stocké dans le deuxième réservoir de gaz (16).
- Ensemble de motorisation électrique (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un réservoir de dioxyde de carbone (18) relié à la pile à combustible (12), au moins une partie du dioxyde de carbone capté par la pile à combustible (12) dans son mode inverse (24) étant stockée dans le réservoir de dioxyde de carbone (18).
- Ensemble de motorisation électrique (2) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pile à combustible (12) comporte des moyens de production de méthane synthétique (26B) à partir de l’hydrogène généré par électrolyse de l’eau, le méthane synthétique (26B) produit étant stocké dans le premier réservoir de gaz (14).
- Ensemble de motorisation électrique (2) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un reformeur (20) apte à reformer de l’hydrogène (26A) à partir de méthane synthétique (26B), ledit reformeur étant relié à la pile à combustible (12) et au premier réservoir de gaz (14).
- Ensemble de motorisation électrique (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mode direct (22) de la pile à combustible (12) correspond à un mode de roulage du véhicule, et en ce que le mode inverse (24) de la pile à combustible (12) correspond à un mode stationnaire du véhicule dans lequel la batterie électrique (10) est apte à être connectée à un dispositif de recharge électrique extérieur au véhicule.
- Véhicule électrique ou hybride, caractérisé en ce qu’il comporte un ensemble de motorisation électrique (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5.
- Utilisation d’un véhicule électrique ou hybride, caractérisée en ce que le véhicule électrique ou hybride est conforme à la revendication 6, en ce que la batterie électrique (10) du véhicule est connectée à un dispositif de recharge électrique extérieur au véhicule lorsque le véhicule est à l’arrêt, et en ce que le mode inverse (24) de la pile à combustible (12) est mis en œuvre lorsque la batterie électrique (10) du véhicule est connectée audit dispositif de recharge électrique et que l’état de charge électrique de la batterie électrique (10) est au maximum.
- Utilisation du véhicule électrique ou hybride selon la revendication 7, caractérisée en ce que le dispositif de recharge électrique extérieur au véhicule est relié à un réseau d’alimentation électrique, le réseau d’alimentation électrique étant relié à une ou plusieurs source(s) de production d’énergie électrique à partir d’énergies renouvelables.
- Utilisation du véhicule électrique ou hybride selon la revendication 7 ou 8 lorsque l’ensemble de motorisation électrique (2) est selon la revendication 2, caractérisée en ce qu’au moins une partie du dioxyde de carbone capté par la pile à combustible (12) dans son mode inverse (24) est stockée dans le réservoir de dioxyde de carbone (18).
- Utilisation du véhicule électrique ou hybride selon la revendication 9, caractérisée en ce que le réservoir de dioxyde de carbone (18) du véhicule est raccordé à une station externe de récupération de dioxyde de carbone ou à un réseau de chauffage domestique ou urbain à partir de dioxyde de carbone, et en ce que le dioxyde de carbone stocké dans le réservoir de dioxyde de carbone (18) est transféré vers ladite station externe ou vers ledit réseau de chauffage domestique ou urbain, permettant un remplissage en dioxyde de carbone de la station externe ou du réseau de chauffage domestique ou urbain.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2207771A FR3138362A1 (fr) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | Ensemble de motorisation electrique pour vehicule electrique ou hybride, comprenant une pile a combustible |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2207771 | 2022-07-28 | ||
| FR2207771A FR3138362A1 (fr) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | Ensemble de motorisation electrique pour vehicule electrique ou hybride, comprenant une pile a combustible |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3138362A1 true FR3138362A1 (fr) | 2024-02-02 |
Family
ID=84359704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2207771A Pending FR3138362A1 (fr) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | Ensemble de motorisation electrique pour vehicule electrique ou hybride, comprenant une pile a combustible |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3138362A1 (fr) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050008904A1 (en) * | 2003-07-11 | 2005-01-13 | Suppes Galen J. | Regenerative fuel cell technology |
| US20190118660A1 (en) | 2017-10-23 | 2019-04-25 | Ben-Ami Lev Shafer-Sull | Electric vehicle and system with carbon-capture system and replaceable anodes |
| US20210053011A1 (en) * | 2019-08-23 | 2021-02-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control system for vehicle having co2 capturing device |
-
2022
- 2022-07-28 FR FR2207771A patent/FR3138362A1/fr active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050008904A1 (en) * | 2003-07-11 | 2005-01-13 | Suppes Galen J. | Regenerative fuel cell technology |
| US20190118660A1 (en) | 2017-10-23 | 2019-04-25 | Ben-Ami Lev Shafer-Sull | Electric vehicle and system with carbon-capture system and replaceable anodes |
| US20210053011A1 (en) * | 2019-08-23 | 2021-02-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control system for vehicle having co2 capturing device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6459231B1 (en) | Power device | |
| US6211643B1 (en) | Power device | |
| US7147072B2 (en) | Method and apparatus for providing hybrid power in vehicle | |
| Wang et al. | A lithium–air capacitor–battery based on a hybrid electrolyte | |
| US7910250B2 (en) | System and method for recharging a metal-air converter used for vehicle propulsion | |
| EP1782495B1 (fr) | Arret d'une pile a combustible alimentee en oxygene pur | |
| CN100585940C (zh) | 用可再充电储电装置降低由电压循环变化所致的电压损失 | |
| CN100459268C (zh) | 基于储存氢的可再充燃料电池系统 | |
| US10071638B2 (en) | Electric vehicle and equipment therefor | |
| Lokhande et al. | Hydrogen fuel cell: Parametric analysis of their stockpiling and different types | |
| FR3030387A1 (fr) | Systeme de traction a motorisation electrique et comprenant un reservoir cryogenique pour vehicule | |
| JP2001085040A (ja) | 燃料電池電源システム及びその運転方法 | |
| FR3138362A1 (fr) | Ensemble de motorisation electrique pour vehicule electrique ou hybride, comprenant une pile a combustible | |
| Usmanov et al. | State of the art of fuel cell technology in automotive industry | |
| KR20160015070A (ko) | 연료 전지 자동차 시스템 | |
| EP2099638A1 (fr) | Dispositif d'alimentation pour une machine electrique de vehicule electrique a deux sources d'energie complementaires l'une de l'autre | |
| Shekhar et al. | Energy management & control performance analysis of hybrid electric vehicle | |
| KR100746367B1 (ko) | 연료전지와 2차전지를 이용한 하이브리드 동력 발생 장치와그 제어 방법 | |
| US11820247B2 (en) | Multi-input multi-output renewable energy systems | |
| Nikam et al. | Fuel Cell in Hybrid Electric Vehicle | |
| WO2023128748A1 (fr) | Véhicule électrique hybride à hydrogène | |
| WO2023038514A1 (fr) | Système de stockage d'énergie hybride d'hydrogène | |
| WO2023222396A1 (fr) | Vehicule avec radiateur ventile et circuit electrique dedie | |
| Heinzel | Fuel cells and hydrogen technology | |
| KR200238896Y1 (ko) | 천연가스 개질기를 가진 고체고분자형연료전지(ｐｅｆｃ)와 태양전지의 하이브리드 자동차 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20240202 |