WO2008068440A1 - Dispositif d'alimentation pour une machine electrique de vehicule electrique a deux sources d'energie complementaires l'une de l'autre - Google Patents

Dispositif d'alimentation pour une machine electrique de vehicule electrique a deux sources d'energie complementaires l'une de l'autre Download PDF

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WO2008068440A1
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batteries
fuel cell
power
vehicle
electric machine
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Stéphane BOLLE REDDAT
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Peugeot Citroën Automobiles SA
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    • 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
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • Power supply device for an electric vehicle electric machine with two energy sources complementary to each other.
  • the invention relates to a power supply device for an electric vehicle electric machine comprising two energy sources complementary to each other, the first energy source comprising batteries and the second energy source comprising hydrogen that a fuel cell is responsible for converting into electrical energy.
  • the invention relates more particularly to the field of range extender electric vehicles comprising in addition to batteries a second source of energy.
  • This energy source is constituted, in the more particular context of the invention, hydrogen converted to the electrical energy demand by a fuel cell.
  • a fuel cell provides an electric current by oxidation of a fuel, ideally hydrogen on a first electrode of the cell and a reduction of oxygen on a second electrode.
  • This oxidation-reduction reaction produces energy and water.
  • This simple principle is however not easy to implement in a vehicle. Indeed, the hydrogen necessary for the chemical reaction must be either stored on board or produced on board.
  • the object of the invention is to solve this congestion problem.
  • the invention relates to a power supply device for an electric machine of an electric vehicle comprising two energy sources complementary to each other, the first energy source comprising batteries and the second energy source comprising a fuel cell and hydrogen that the fuel cell is charged with converting into electrical energy characterized in that it comprises:
  • the fuel cell only to provide power to the electric machine and not for charging the batteries, and in that it comprises means for connecting the batteries to a source of auxiliary power different from the battery to fuel for charging the batteries (13) during the stopping phase of the vehicle.
  • the feed device comprises one or more of the following characteristics:
  • the batteries alone supply power to the electric machine when their charge level is higher than an upper threshold
  • the fuel cell For a battery charge level between the lower threshold and the upper threshold, the fuel cell provides the electric machine its maximum power and the batteries provide the electric machine with additional power so that the total power supplied by the fuel cell and batteries reaches the power required to pull the vehicle;
  • the fuel cell has a direct supply of hydrogen
  • the said lower threshold of the charge level of the batteries is between 20% and 30% and the said upper threshold of the charge level of the batteries is approximately 95%;
  • the maximum power supplied by the fuel cell is from 20 kW to 30 kW for a power of the electric machine of between 50 kW and 70 kW;
  • the maximum power supplied by the fuel cell is from 5 kW to 10 kW for a power of the electric machine of between 15 kW and 25 kW;
  • the invention solves the congestion problem through the use of a small fuel cell as an auxiliary generator for an electric vehicle.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating the structure and operation of the device according to the invention.
  • FIG. 2 is a table illustrating the operation of the device according to the invention.
  • the fuel cell is rated PAC. It is designated by reference 1 in Figure 1.
  • the fuel cell 1 is small in size and limited in power. It is part of a fuel cell system 3 called a power generator comprising in addition to the fuel cell 1, an air supply 5 of the fuel cell 1.
  • the air supply 5 allows the supply of fuel. air and therefore oxygen to the fuel cell 1.
  • the fuel cell system 3 further comprises a block of auxiliaries 7 comprising equipment necessary for the operation of the fuel cell 1 including sensors, actuators, sensors pumps, solenoid valves etc.
  • This auxiliary block 7 is powered by the 12V bus 9.
  • This bus 12V 9 allows in addition to the supply of auxiliaries 7 of the fuel cell 1, the supply of vehicle accessories for example for lighting or signaling.
  • the fuel cell 1 is fed directly with hydrogen from hydrogen tanks 11 (H2) located on board the vehicle.
  • the device according to the invention also comprises high voltage batteries 13.
  • the vehicle comprises means for connecting the batteries 13 to a source of external electrical power, in particular the electrical distribution network 15 (220V, 50Hz) by means of a battery charger 17 to ensure the charging of the batteries 13 independently of the fuel cell 1.
  • the fuel cell 1 is connected to a high-voltage bus
  • the air supply unit 5 of the fuel cell 1 is, according to one embodiment of the invention, connected to the high-voltage bus 19 via a DC-DC converter 23.
  • the high voltage bus 19 constitutes the high voltage network connecting the batteries 13 and the fuel cell 1 to an electric traction machine 24 of the vehicle via an inverter 25.
  • a DC-DC converter 26 connects the high-voltage bus 19 to the bus 12V 9 which supplies a 12V service battery 27.
  • This service battery 27 is a buffer energy source enabling the accessories to operate when the vehicle is stationary and switched off.
  • the feed device comprises a central control unit 28 adapted to ensure the supply of the traction machine 24 from the batteries 13 and / or the fuel cell 1.
  • This central control unit 28 is able to control the recharging of the batteries 13 either from the fuel cell 1 or from the traction machine 24 as a function of the setpoint applied to the traction machine 24 and its operating state as a generator or motor.
  • the central control unit 28 is connected to the fuel cell system 3 and the power regulator 21 to control the start of operation of the fuel cell 1 or its shutdown so that it delivers or not the power in the high-voltage bus 19 through the DC-DC converter and power regulator 21.
  • the high voltage bus 19 is equipped with a sensor 30 at the input of the inverter 25 to determine whether the traction machine 24 is operating in the engine mode, that is to say that it consumes the energy supplied from the high-voltage bus 19 and that it drives the vehicle, or if it operates in generator mode, that is to say that it supplies electric power to the high-voltage bus 19 by providing a braking force for the vehicle.
  • the vehicle comprises means for applying a setpoint to the traction machine 24, such as a pedal 31 for accelerating the vehicle. This pedal 31 is equipped with a position sensor 32 connected to the central control unit 28.
  • the central control unit 28 is formed for example of a computer programmed to implement a suitable program for the operation of the fuel cell 1 and the recharging of the batteries 13 according to different operating states of the vehicle such as this will be explained later in the description.
  • a second bus 24V is added in the structure of FIG. 1 if certain sensors or actuators forming part of the auxiliaries 7 of the fuel cell 1 operate under this voltage.
  • This bus 24V would appear according to this embodiment in FIG. 1 in a completely identical manner to the bus 12V 9.
  • the structure of the electric vehicle power supply device according to the invention being described, its operation is described below with reference to FIGS. 1 and 2.
  • a first step the operation of the fuel cell 1 is described. Its principle is similar to that of a conventional battery, namely an oxidant and a reducer separated by an electrolyte. It is, in particular, a controlled electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the air with simultaneous production of electricity, water and heat. This reaction using catalysts takes place in an elementary cell (corresponding to the fuel cell 1) composed of two electrodes (cathode and anode) separated by an electrolyte. This is the reverse reaction of the electrolysis of water.
  • the hydrogen H2 necessary for the reaction is stored in the tanks 1 1. 11 is supplied at 33 to the fuel cell 1. Concretely, it is introduced in gaseous form at the level of the anode of the cell. In contact with the anode, in the presence of a catalyst, the hydrogen molecules release their electrons H2-> 2H + + 2e " .
  • H + protons migrate to the cathode through the membrane.
  • the resulting redox reaction creates water (2H + + 2e " +1/2 0 2 -> H 2 O) .This is the transfer of electrons that creates the electric current. -product of the reaction being water, there is no local polluting emissions.
  • the hydrogen is stored on board in the form of compressed gas in the removable tanks 1 1.
  • This has the advantage of being able to very quickly exchange an empty tank 1 1 by a tank 11 full, the filling of the tanks 11 of hydrogen being made outside the vehicle and without major time constraint.
  • the air supply unit 5 of the fuel cell 1 is supplied with low voltage thanks to the DC / DC converter 23 high / low voltage which receives at 37 a high voltage of the high-voltage bus 19 and converts it into low voltage for supplying the block 5 of the fuel cell system 3.
  • the high voltage of the bus 19 is delivered by the batteries 13 at 39. This voltage supplies at 41 the inverter 25 which converts it into AC voltage for the operation of the traction machine 24 of the electric vehicle.
  • the high voltage delivered by the batteries 13 also supplies the DC-DC converter 26 which converts it into low voltage for the operation of the vehicle accessories.
  • the characteristics of the invention lie in the management of the power demands for the traction of the vehicle as well as in the charging mode of the batteries 13. These characteristics are described below with reference to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 2 comprises a table which indicates the characteristics of the management of power demands between the fuel cell 1 and the batteries 13 for the traction of the vehicle and of the charge of the batteries 13 as a function of the charge level of the batteries 13 noted X and phases of acceleration, deceleration or constant speed maintenance of the vehicle.
  • the batteries 13 are charged at 45 only from the electrical distribution network 15 via the charger 17.
  • the batteries 13 are for example charged at night in a garage.
  • the batteries 13 At the start of the vehicle, particularly in the cold, during the temperature rise and power phases of the fuel cell 1, it is only the batteries 13 which provide at 39 and 41 the power to the traction machine 24. Then, as long as the charge level X of the batteries 13 is greater than an upper threshold noted sup on the table of FIG. 1 (ie for X> sup) and set at 95% in one embodiment of the invention, the batteries 13 intervene alone in the traction of the vehicle. These are the only ones that provide the power at 39 and 41 to the traction machine 24 in the acceleration and constant speed phases of the vehicle. In the deceleration phases of the vehicle, the traction machine 24 recovers energy that it uses to charge the batteries 13 at 47 and 49 through the high-voltage bus 19. As long as the charge level of the batteries 13 is higher than the upper threshold sup, the fuel cell 1 is stopped and does not provide electric power.
  • each power demand of the traction machine 24 is subjected, via the central control unit 28, to a demand for power to the fuel cell 1.
  • the central control unit 28 controls the start of operation of the fuel cell 1 so that it delivers power to the high-voltage bus 19 through the DC-DC converter 21 which functions as a power regulator of the battery fuel 1.
  • the fuel cell 1 provides 51 to the high voltage bus 19 the maximum power it can provide, the complement of the power required for traction and that the battery fuel 1 can not supply being provided by the batteries 13 at 39 and 41.
  • the batteries 13 which provide most of the power to the traction machine 24 and the fuel cell 1 provides only a complement. This is because the fuel cell 1 according to the invention is of small size and limited in power.
  • the fuel cell 1 provides power to the traction machine 24 power between 50 kW and 70 kW.
  • the maximum power supplied by the fuel cell 1 is 5 kW to 10 kW when the power of the electric machine 24 is between 15 kW and 25 kW.
  • the device according to the invention favors the autonomy of the vehicle.
  • the power demands for the acceleration or the speed keeping of the vehicle are permanently controlled by means of the central control unit 28 towards the fuel cell 1.
  • the fuel cell 1 In the case of absence of power demand of the traction machine 24, for example at the stopping of the vehicle or downhill (deceleration phases), the fuel cell 1 is also used to charge the batteries 13 through the high-voltage bus 19. This charge is necessary because it is necessary to avoid the case where the batteries 13 have exhausted their energy reserve. Indeed, the fuel cell 1 of the invention being of limited power, it can not always ensure alone the propulsion of the vehicle, which can cause laborious starts and limit the speed of the vehicle at a certain speed.
  • the device according to the invention through the use of a fuel cell, of small size, can solve the problems of size and cost often related to the use of this system.
  • the fuel cell 1 is used, according to the invention, as a source of additional energy traction of the vehicle and exceptionally as a source of charge of the batteries 13.
  • the charging of the batteries 13 by the distribution network 15 is preferred for reasons of cost of this energy source, much less expensive than hydrogen.

Abstract

Dispositif d'alimentation pour une machine électrique (24) de véhicule électrique comprenant deux sources d'énergie, la première comprenant des batteries (13) et la deuxième comprenant de l'hydrogène qu'une pile à com- bustible (1 ) est chargée de convertir en énergie électrique comportant : - des moyens (28) de gestion des demandes de puissance propres, lorsque le niveau de charge des batteries (13) est supérieur à un seuil inférieur, à : - commander la charge des batteries (13) uniquement par la puissance fournie par la machine électrique (24); et - n'utiliser la pile à combustible (1 ) que pour fournir de la puissance à la machine électrique (24) et comportant des moyens de connexion des batteries (13) à une source de puissance auxiliaire (15) différente de la pile à combustible (1 ) pour la charge des batteries (13) lors de la phase d'arrêt du véhicule.

Description

Dispositif d'alimentation pour une machine électrique de véhicule électrique à deux sources d'énergie complémentaires l'une de l'autre.
La présente invention revendique la priorité de la demande française 0655297 déposée le 04/12/2006 dont le contenu (description, revendications et dessins) est incorporé ici par référence.
L'invention concerne un dispositif d'alimentation pour une machine électrique de véhicule électrique comprenant deux sources d'énergie complémentaires l'une de l'autre, la première source d'énergie comprenant des batteries et la deuxième source d'énergie comprenant de l'hydrogène qu'une pile à combustible est chargée de convertir en énergie électrique.
L'invention concerne plus particulièrement le domaine des véhicules électriques à prolongateur d'autonomie (« range extender ») comportant en plus des batteries une deuxième source d'énergie. Cette source d'énergie est constituée, dans le contexte plus particulier de l'invention, d'hydrogène converti à la demande en énergie électrique par une pile à combustible.
Une pile à combustible permet d'obtenir un courant électrique par oxydation d'un combustible, idéalement de l'hydrogène sur une première électrode de la pile et une réduction de l'oxygène sur une seconde électrode. Cette réaction d'oxydoréduction produit de l'énergie et de l'eau. Ce principe simple n'est cependant pas aisé à mettre en œuvre dans un véhicule. En effet, l'hydrogène nécessaire à la réaction chimique doit être soit stocké à bord, soit produit à bord.
Par ailleurs, il est nécessaire de prévoir des éléments auxiliaires pour le fonctionnement de la pile à combustible. Ces éléments augmentent l'encombrement du dispositif de pile à combustible et son coût.
L'invention a pour but de résoudre ce problème d'encombrement.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'alimentation pour une machine électrique d'un véhicule électrique comprenant deux sources d'énergie complémentaires l'une de l'autre, la première source d'énergie comprenant des batteries et la deuxième source d'énergie comprenant une pile à combustible et de l'hydrogène que la pile à combustible est chargée de convertir en énergie électrique caractérisé en ce qu'il comporte :
- des moyens de gestion des demandes de puissance propres, lorsque le niveau de charge des batteries est supérieur à un seuil inférieur lors du fonctionnement du véhicule, à :
- commander la charge des batteries uniquement par la puissance fournie par la machine électrique; et
- n'utiliser la pile à combustible que pour fournir de la puissance à la machine électrique et non pour la charge des batteries, et en ce qu'il comporte des moyens de connexion des batteries à une source de puissance auxiliaire différente de la pile à combustible pour la charge des batteries (13) lors de la phase d'arrêt du véhicule.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif d'alimentation comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- les batteries fournissent seules la puissance à la machine électrique lorsque leur niveau de charge est supérieur à un seuil supérieur ;
- pour un niveau de charge des batteries compris entre le seuil inférieur et le seuil supérieur, la pile à combustible fournit à la machine électrique sa puissance maximale et les batteries fournissent à la machine électrique un complément de puissance afin que la puissance totale fournie par la pile à combustible et les batteries atteigne la puissance nécessaire à la traction du véhicule ;
- il comporte des moyens de charge des batteries à partir du réseau de distribution électrique ;
- la pile à combustible est à alimentation directe en hydrogène ;
- le ledit seuil inférieur du niveau de charge des batteries est compris entre 20% et 30% et ledit seuil supérieur du niveau de charge des batteries est de 95% environ ; - la puissance maximale fournie par la pile à combustible est de 20 kW à 30 kW pour une puissance de la machine électrique comprise entre 50 kW et 70 kW ;
- la puissance maximale fournie par la pile à combustible est de 5 kW à 10 kW pour une puissance de la machine électrique comprise entre 15 kW et 25 kW ;
- il comporte un régulateur de puissance de la pile à combustible. L'invention permet de résoudre le problème d'encombrement grâce à l'utilisation d'une pile à combustible de petite dimension comme générateur auxiliaire pour un véhicule électrique.
Ceci permet d'étendre l'autonomie du véhicule en optimisant l'encombrement et le coût du système de pile à combustible.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins joints sur lesquels :
- la figure 1 est un schéma synoptique illustrant la structure et le fonctionnement du dispositif selon l'invention ; et
- la figure 2 est un tableau illustrant le fonctionnement du dispositif selon l'invention. Sur ces figures, la pile à combustible est notée PAC. Elle est désignée par la référence 1 sur la figure 1. La pile à combustible 1 est de faible dimension et limitée en puissance. Elle fait partie d'un système de pile à combustible 3 appelé générateur de puissance comprenant en plus de la pile à combustible 1 , une alimentation en air 5 de la pile à combustible 1. L'alimentation en air 5 permet de fournir de l'air et donc de l'oxygène à la pile à combustible 1. Le système de pile à combustible 3 comprend en outre un bloc d'auxiliaires 7 comprenant des équipements nécessaires au fonctionnement de la pile à combustible 1 notamment des capteurs, des actionneurs, des pompes, des électrovannes etc. Ce bloc d'auxiliaires 7 est alimenté par le bus 12V 9. Ce bus12V 9 permet outre l'alimentation des auxiliaires 7 de la pile à combustible 1 , l'alimentation des accessoires du véhicule par exemple pour l'éclairage ou la signalisation.
Par ailleurs, la pile à combustible 1 est alimentée directement en hydrogène à partir de réservoirs 11 d'hydrogène (H2) situés à bord du véhicule.
Le dispositif selon l'invention comporte également des batteries 13 à haute tension. Le véhicule comporte des moyens de connexion des batteries 13 à une source de puissance électrique extérieure notamment le réseau de distribution électrique 15 (220V, 50Hz) à l'aide d'un chargeur de batterie 17 pour assurer la charge des batteries 13 indépendamment de la pile à combustible 1.
De plus, la pile à combustible 1 est reliée à un bus à haute tension
19 par l'intermédiaire d'un régulateur de puissance (convertisseur continu- continu) 21. De la même manière, le bloc d'alimentation en air 5 de la pile à combustible 1 est, selon un mode de réalisation de l'invention, relié au bus à haute tension 19 par l'intermédiaire d'un convertisseur continu-continu 23.
Le bus à haute tension 19 constitue le réseau à haute tension reliant les batteries 13 et la pile à combustible 1 à une machine de traction électrique 24 du véhicule par l'intermédiaire d'un onduleur 25.
Par ailleurs, un convertisseur continu-continu 26 relie le bus à haute tension 19 au bus 12V 9 qui alimente une batterie de service 12V 27.
Cette batterie de service 27 est une source d'énergie tampon permettant un fonctionnement des accessoires lorsque le véhicule est à l'arrêt et hors ten- sion.
Par ailleurs, le dispositif d'alimentation selon l'invention comporte une unité centrale de pilotage 28 propre à assurer l'alimentation de la machine de traction 24 depuis les batteries 13 et/ou la pile à combustible 1.
Cette unité centrale de pilotage 28 est propre à assurer la com- mande de la recharge des batteries 13 soit depuis la pile à combustible 1 , soit depuis la machine de traction 24 en fonction de la consigne appliquée à la machine de traction 24 et de son état de fonctionnement en génératrice ou en moteur.
Pour ce faire, l'unité centrale de pilotage 28 est reliée au système de pile à combustible 3 et au régulateur de puissance 21 pour commander la mise en fonctionnement de la pile à combustible 1 ou son arrêt pour que celle-ci débite ou non de la puissance dans le bus à haute tension 19 au travers du convertisseur continu-continu et régulateur de puissance 21.
Le bus à haute tension 19 est équipé d'un capteur 30 à l'entrée de l'onduleur 25 permettant de déterminer si la machine de traction 24 fonc- tionne en mode moteur, c'est-à-dire qu'elle consomme de l'énergie fournie depuis le bus à haute tension 19 et qu'elle entraîne le véhicule, ou si elle fonctionne en mode générateur, c'est-à-dire qu'elle fournit de l'énergie électrique au bus à haute tension 19 en fournissant une force de freinage pour le véhicule. Enfin, le véhicule comporte des moyens d'application d'une consigne à la machine de traction 24, tels qu'une pédale 31 d'accélération du véhicule. Cette pédale 31 est équipée d'un capteur de position 32, relié à l'unité centrale de pilotage 28.
L'unité centrale de pilotage 28 est formée par exemple d'un calcu- lateur programmé pour mettre en œuvre un programme adapté permettant le fonctionnement de la pile à combustible 1 et la recharge des batteries 13 en fonction de différents états de fonctionnement du véhicule comme cela sera exposé dans la suite de la description.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention non représenté, un deuxième bus 24V est ajouté dans la structure de la figure 1 si certains capteurs ou actionneurs faisant partie des auxiliaires 7 de la pile à combustible 1 fonctionnent sous cette tension. Ce bus 24V apparaîtrait selon ce mode de réalisation sur la figure 1 de manière complètement identique au bus 12V 9. La structure du dispositif d'alimentation de véhicule électrique selon l'invention étant décrite, son fonctionnement est décrit ci-dessous en référence aux figures 1 et 2.
Dans un premier temps, le fonctionnement de la pile à combusti- ble 1 est décrit. Son principe est similaire à celui d'une pile conventionnelle, à savoir un oxydant et un réducteur séparés par un électrolyte. Il s'agit, en particulier, d'une réaction électrochimique contrôlée entre de l'hydrogène et de l'oxygène de l'air avec production simultanée d'électricité, d'eau et de chaleur. Cette réaction utilisant des catalyseurs s'opère au sein d'une cellule élémentaire (correspondant à la pile à combustible 1 ) composée de deux électrodes (cathode et anode) séparées par un électrolyte. Il s'agit de la réaction inverse de l'électrolyse de l'eau.
Selon l'invention, l'hydrogène H2 nécessaire à la réaction est stocké dans les réservoirs 1 1. 11 est fourni en 33 à la pile à combustible 1. Concrètement, il est introduit sous forme gazeuse au niveau de l'anode de la pile à combustible 1. Au contact de l'anode, en présence d'un catalyseur, les molécules d'hydrogène libèrent leurs électrons H2->2H++2e".
Ces électrons e" rejoignent la cathode à travers le circuit électrique et réagissent avec l'oxygène de l'air, fourni par le bloc d'alimentation en air 5 en 35, grâce à l'action du catalyseur.
Les protons H+ migrent vers la cathode en traversant la membrane. La réaction d'oxydoréduction qui s'ensuit crée de l'eau (2H++2e"+1/2 02->H2O). C'est le transfert des électrons qui crée le courant électrique. L'unique sous-produit de la réaction étant de l'eau, il n'y a pas d'émissions polluantes locales.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'hydrogène est stocké à bord sous forme de gaz comprimé dans les réservoirs 1 1 amovibles. Ceci présente l'avantage de pouvoir échanger très rapidement un réservoir 1 1 vide par un réservoir 11 plein, le remplissage des réservoirs 11 d'hydrogène étant réalisé hors du véhicule et sans contrainte de temps majeure. Par ailleurs, selon un mode de réalisation de l'invention, le bloc d'alimentation en air 5 de la pile à combustible 1 est alimenté en basse tension grâce au convertisseur continu-continu 23 haute/basse tension qui reçoit en 37 une haute tension du bus à haute tension 19 et la convertit en basse tension pour l'alimentation du bloc 5 du système de pile à combustible 3.
La haute tension du bus 19 est délivrée par les batteries 13 en 39. Cette tension alimente en 41 l'onduleur 25 qui la convertit en tension alternative pour le fonctionnement de la machine de traction 24 du véhicule électrique. La haute tension délivrée par les batteries 13 alimente également en 43 le convertisseur continu-continu 26 qui la convertit en basse tension pour le fonctionnement des accessoires du véhicule.
Les caractéristiques de l'invention résident dans la gestion des demandes de puissance pour la traction du véhicule ainsi que dans le mode de charge des batteries 13. Ces caractéristiques sont décrites ci-dessous en référence aux figures 1 et 2.
La figure 2 comprend un tableau qui indique les caractéristiques de la gestion des demandes de puissance entre la pile à combustible 1 et les batteries 13 pour la traction du véhicule et de la charge des batteries 13 en fonction du niveau de charge des batteries 13 noté X et des phases d'accélération, décélération ou de maintien de vitesse constante du véhicule.
Avant le début d'un cycle d'utilisation du véhicule, les batteries 13 sont chargées en 45 seulement depuis le réseau de distribution électrique 15 par l'intermédiaire du chargeur 17.
A titre d'exemple, dans le cas d'un véhicule utilitaire faisant partie d'une flotte, elles sont chargées au dépôt, durant la phase de repos, ou de rotation ou d'entretien ou d'attente du véhicule. Dans le cas d'un particulier, les batteries 13 sont par exemple chargées la nuit dans un garage.
Au démarrage du véhicule, en particulier à froid, lors des phases de montée en température et en puissance de la pile à combustible 1 , ce sont uniquement les batteries 13 qui fournissent en 39 et 41 la puissance à la machine de traction 24. Ensuite, tant que le niveau de charge X des batteries 13 est supérieur à un seuil supérieur noté sup sur le tableau de la figure 1 (i.e. pour X>sup) et fixé à 95% dans un mode de réalisation de l'invention, les batteries 13 interviennent seules dans la traction du véhicule. Ce sont elles seules qui fournissent la puissance en 39 et 41 à la machine de traction 24 dans les phases d'accélération et de vitesse constante du véhicule. Dans les phases de décélération du véhicule, la machine de traction 24 récupère de l'énergie qu'elle utilise pour charger les batteries 13 en 47 et 49 à travers le bus à haute tension 19. Tant que le niveau de charge des batteries 13 est supé- rieur au seuil supérieur sup, la pile à combustible 1 est arrêtée et ne fournit pas de puissance électrique.
Le fait que les batteries 13 interviennent seules dans la traction du véhicule permet d'éviter qu'elles ne soient surchargées dans le cas, par exemple, où une succession de descentes assure une récupération d'énergie trop importante.
Lorsque le niveau de charge X des batteries 13 descend en- dessous du seuil supérieur sup mais reste supérieur à un seuil inférieur noté inf sur le tableau de la figure 2 et compris entre 20% et 30% selon un mode de réalisation de l'invention, chaque demande de puissance de la machine de traction 24 fait l'objet, via l'unité centrale de pilotage 28 d'une demande de puissance vers la pile à combustible 1. Dans le mode de réalisation de l'invention décrit, l'unité centrale de pilotage 28 commande alors la mise en fonctionnement de la pile à combustible 1 pour qu'elle débite de la puissance dans le bus à haute tension 19 au travers du convertisseur continu-continu 21 qui fonctionne comme régulateur de puissance de la pile à combustible 1. Ainsi, pour inf<X<sup, la pile à combustible 1 fournit en 51 au bus à haute tension 19 le maximum de la puissance qu'elle peut fournir, le complément de la puissance demandé pour la traction et que la pile à combustible 1 ne peut pas fournir étant fourni par les batteries 13 en 39 et 41. Ainsi, pendant toutes les phases de démarrage, d'accélération et de vitesse importante du véhicule, ce sont les batteries 13 qui fournissent l'essentiel de la puissance à la machine de traction 24 et la pile à combustible 1 fournit uniquement un complément. Ceci est du au fait que la pile à combustible 1 , selon l'invention, est de faible dimension et limitée en puissance. Cependant, dans toutes les phases de vitesse stabilisée, et jusqu'à une certaine puissance maximale pouvant aller de 20 kW à 30 kW (suivant le dimensionnement de la pile à combustible 1 ), correspondant à l'appel de puissance de la machine de traction en vitesse stabilisée aux alentours de 100 km/h, seule la pile à combustible 1 fournit la puissance à la machine de traction 24 de puissance comprise entre 50 kW et 70 kW. Selon un autre mode de réalisation, la puissance maximale fournie par la pile à combustible 1 est de 5 kW à 10 kW lorsque la puissance de la machine électrique 24 est comprise entre 15 kW et 25 kW.
De plus, dans les phases de décélération, au cours desquelles la machine de traction 24 récupère de l'énergie et fonctionne comme généra- trice de courant, les demandes de puissance vers la pile à combustible 1 sont stoppées et l'énergie récupérée par la machine de traction 24 est utilisée pour recharger les batteries 13. Ainsi, la pile à combustible 1 n'est pas utilisée pour recharger les batteries 13 dans cette phase de fonctionnement. Enfin, lorsque le niveau de charge X des batteries 13 descend en dessous du seuil inférieur, le dispositif selon l'invention privilégie l'autonomie du véhicule. Ainsi, sous réserve qu'il reste de l'hydrogène dans les réservoirs 1 1 , les demandes de puissance pour l'accélération ou le maintien de vitesse du véhicule sont dirigées en permanence à l'aide de l'unité centrale de pilotage 28 vers la pile à combustible 1. Dans les cas d'absence de demande de puissance de la machine de traction 24, par exemple à l'arrêt du véhicule ou en descente (phases de décélération), la pile à combustible 1 est également utilisée pour charger les batteries 13 à travers le bus à haute tension 19. Cette charge est nécessaire, car il faut éviter le cas où les batteries 13 auraient épuisé leur réserve d'énergie. En effet, la pile à combustible 1 de l'invention étant de puissance limitée, elle ne peut pas toujours assurer seule la propulsion du véhicule, ce qui peut causer des démarrages laborieux et limiter la vitesse du véhicule à une certaine vitesse.
Ainsi, le dispositif selon l'invention, grâce à l'utilisation d'une pile à combustible, de faible dimension, permet de résoudre les problèmes d'encombrement et de coût souvent liés à l'utilisation de ce système.
De plus, la pile à combustible 1 est utilisée, selon l'invention, comme source d'énergie complémentaire de traction du véhicule et exceptionnellement comme source de charge des batteries 13. En effet, selon l'invention, la charge des batteries 13 par le réseau de distribution 15 est pré- férée pour des raisons de coût de cette source d'énergie, beaucoup moins chère que l'hydrogène.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Dispositif d'alimentation pour une machine électrique (24) d'un véhicule électrique comprenant deux sources d'énergie complémentaires l'une de l'autre, la première source d'énergie comprenant des batteries (13) et la deuxième source d'énergie comprenant une pile à combustible (1 ) et de l'hydrogène que la pile à combustible (1 ) est chargée de convertir en énergie électrique caractérisé en ce qu'il comporte :
- des moyens (28) de gestion des demandes de puissance propres, lorsque le niveau de charge des batteries (13) est supérieur à un seuil infé- rieur lors du fonctionnement du véhicule, à :
- commander la charge des batteries (13) uniquement par la puissance fournie par la machine électrique (24) ; et
- n'utiliser la pile à combustible (1 ) que pour fournir de la puissance à la machine électrique (24) et non pour la charge des batteries (13) et en ce qu'il comporte des moyens de connexion des batteries (13) à une source de puissance auxiliaire (15) différente de la pile à combustible (1 ) pour la charge des batteries (13) lors de la phase d'arrêt du véhicule.
2.- Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les batte- ries (13) fournissent seules la puissance à la machine électrique (24) lorsque leur niveau de charge est supérieur à un seuil supérieur.
3. - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour un niveau de charge des batteries (13) compris entre le seuil inférieur et le seuil supérieur, la pile à combustible (1 ) fournit à la machine électrique (24) sa puissance maximale et les batteries (13) fournissent à la machine électrique (24) un complément de puissance afin que la puissance totale fournie par la pile à combustible (1 ) et les batteries (13) atteigne la puissance nécessaire à la traction du véhicule.
4. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de charge des batteries (13) à partir du réseau de distribution électrique (15).
5. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pile à combustible (1 ) est à alimentation directe en hydrogène.
6. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ledit seuil inférieur du niveau de charge des batteries (13) est compris entre 20% et 30% et en ce que ledit seuil supérieur du niveau de charge des batteries (13) est de 95% environ.
7. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la puissance maximale fournie par la pile à combusti- ble (1 ) est de 20 kW à 30 kW pour une puissance de la machine électrique (24) comprise entre 50 kW et 70 kW.
8. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la puissance maximale fournie par la pile à combustible (1 ) est de 5 kW à 10 kW pour une puissance de la machine électrique (24) comprise entre 15 kW et 25 kW.
9. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un régulateur de puissance (21 ) de la pile à combustible (1 ).
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