FR2815302A1 - System and methods for controlling a fuel cell in an electric traction vehicle, comprises means to detect in advance the intention to start vehicle and initiate operation of the hydrogen generator - Google Patents
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Abstract
Description
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Système et procédé de commande d'une pile à combustible montée dans un véhi- cule à traction électrique
La présente invention est relative aux piles à combustible et à leur commande. System and method for controlling a fuel cell mounted in an electrically-powered vehicle
The present invention relates to fuel cells and their control.
On connaît les piles à combustible comportant une cellule à membrane échangeuse de protons (PEM) traversée pour le refroidissement par un fluide caloporteur qui permettent d'obtenir de l'énergie électrique sous forme de courant continu avec un rendement élevé à partir de l'énergie chimique sans passer par l'étape intermédiaire de la conversion thermique ou mécanique de l'énergie. La cellule de la pile à combustible est alimentée en hydrogène et en air fournissant l'oxygène. Fuel cells are known comprising a proton exchange membrane (PEM) cell traversed for cooling by a heat transfer fluid which makes it possible to obtain electrical energy in the form of direct current with a high efficiency from energy. chemical without going through the intermediate stage of thermal or mechanical energy conversion. The fuel cell is supplied with hydrogen and oxygen-supplying air.
Ces gaz, envoyés dans le coeur de la pile constitué d'un empilement de cellules élémentaires où se déroulent des réactions inverses de l'électrolyse de l'eau, permettent par combinaison électrochimique de l'hydrogène et de l'oxygène, une circulation de protons produisant un courant électrique continu ainsi que de l'eau. These gases, sent into the core of the cell consisting of a stack of elementary cells where reverse reactions of the electrolysis of water take place, allow by electrochemical combination of hydrogen and oxygen, a circulation of protons producing a direct electric current as well as water.
De façon générale, une pile à combustible est un générateur électrochimique alimenté en hydrogène et en oxygène, notamment en air. Le montage d'une pile à combustible dans un véhicule permet d'avoir une autonomie comparable à celle d'un véhicule conventionnel à moteur thermique, tout en réduisant de façon importante les émissions de gaz carbonique et de polluants. Generally, a fuel cell is an electrochemical generator supplied with hydrogen and oxygen, in particular with air. The installation of a fuel cell in a vehicle makes it possible to have a range comparable to that of a conventional vehicle with thermal engine, while significantly reducing emissions of carbon dioxide and pollutants.
L'utilisation d'un carburant autre que l'hydrogène pour alimenter la pile nécessite l'implantation d'un réformeur qui produit l'hydrogène à partir d'un carburant primaire, en général un hydrocarbure tel que le méthanol, ou les carburants habituels des véhicules à moteur thermique. Le fonctionnement du réformeur nécessite de le porter à une The use of a fuel other than hydrogen to supply the cell requires the installation of a reformer which produces hydrogen from a primary fuel, generally a hydrocarbon such as methanol, or the usual fuels vehicles with internal combustion engines. The operation of the reformer requires bringing it to a
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température de l'ordre de 3000 dans le cas d'une alimentation en méthanol et de l'ordre de 6000 dans le cas d'une alimentation en essence, pour assurer la génération d'hydrogène.
temperature of the order of 3000 in the case of a methanol supply and of the order of 6000 in the case of a gasoline supply, to ensure the generation of hydrogen.
Pendant la phase de montée à la température de fonctionnement du réformeur, la génération d'énergie électrique par la pile à combustible est peu opérationnelle et ne peut donc alimenter convenablement le moteur électrique de traction. On pourrait envisager d'interdire le démarrage du véhicule pendant cette phase, ce qui présenterait un gros inconvénient d'utilisation. On pourrait également envisager d'alimenter le moteur électrique par une source auxiliaire d'énergie comme des batteries électrochimiques, mais qui sont généralement de masse élevée et de faibles performances. La durée de montée en température du réformeur est actuellement estimée à quelques minutes. During the phase of rise to the operating temperature of the reformer, the generation of electrical energy by the fuel cell is not very operational and therefore cannot adequately power the electric traction motor. One could consider prohibiting the starting of the vehicle during this phase, which would present a major drawback of use. One could also consider supplying the electric motor with an auxiliary source of energy such as electrochemical batteries, but which are generally of high mass and poor performance. The temperature rise time of the reformer is currently estimated at a few minutes.
L'invention propose de réduire la durée de la phase de montée en température du réformeur telle qu'elle est perçue par l'utilisateur du véhicule. The invention proposes to reduce the duration of the temperature rise phase of the reformer as perceived by the user of the vehicle.
L'invention propose de rendre la phase de montée en température du réformeur totalement ou partiellement transparente pour l'utilisateur du véhicule. The invention proposes to make the temperature rise phase of the reformer totally or partially transparent to the user of the vehicle.
Le système de commande, selon l'invention, est destiné à un ensemble pile à combustible équipé d'un moyen de génération d'hydrogène à partir d'un autre carburant et d'un moyen de génération d'énergie électrique à partir dudit hydrogène et d'un comburant. La pile à combustible est prévue pour alimenter un véhicule. Le système comprend au moins un moyen pour détecter une intention de démarrage ultérieur du véhicule par le conducteur, et une unité de commande apte à mettre en service le moyen de génération d'hydrogène sur détection de ladite intention de démarrage ultérieur. En commençant la mise en service du moyen de génération d'hydrogène avant que le conducteur ne démarre effectivement le véhicule, par exemple en engageant et en tournant la clé dans la serrure de démarrage, on réduit la durée de montée en température perçue par le conducteur. The control system according to the invention is intended for a fuel cell assembly equipped with means for generating hydrogen from another fuel and means for generating electrical energy from said hydrogen and an oxidizer. The fuel cell is intended to power a vehicle. The system comprises at least one means for detecting an intention to subsequently start the vehicle by the driver, and a control unit able to activate the means for generating hydrogen upon detection of said intention to start subsequently. By starting the commissioning of the hydrogen generation means before the driver actually starts the vehicle, for example by engaging and turning the key in the starter lock, the duration of temperature rise perceived by the driver is reduced .
Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen pour détecter une intention de démarrage ultérieur est un contacteur d'une porte du véhicule apte à détecter l'ouverture de la porte, par exemple de la porte In one embodiment of the invention, the means for detecting an intention to start later is a contactor of a vehicle door capable of detecting the opening of the door, for example of the door
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du conducteur. of the driver.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen pour détecter une intention de démarrage ultérieur est un contacteur d'une serrure de porte du véhicule apte à détecter le déverrouillage de la serrure. In one embodiment of the invention, the means for detecting an intention to start later is a contactor of a vehicle door lock capable of detecting the unlocking of the lock.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen pour détecter une intention de démarrage ultérieur est un récepteur d'une télécommande d'ouverture de porte du véhicule. In one embodiment of the invention, the means for detecting an intention to start later is a receiver for a remote control for opening the vehicle door.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen pour détecter une intention de démarrage ultérieur est un récepteur d'une télécommande de démarrage ultérieur du véhicule. Ladite télécommande peut être dédiée à cette fonction. Ladite télécommande peut être logée dans le même boîtier qu'une télécommande d'ouverture de porte. In one embodiment of the invention, the means for detecting an intention for subsequent starting is a receiver for a remote control for subsequent starting of the vehicle. Said remote control can be dedicated to this function. Said remote control can be housed in the same housing as a door opening remote control.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen pour détecter une intention de démarrage ultérieur émet vers l'unité de commande un signal de mise en service à une heure prédéterminée. On peut ainsi préprogrammer l'heure de ladite mise en service. In one embodiment of the invention, the means for detecting a subsequent start-up intention transmits to the control unit a commissioning signal at a predetermined time. It is thus possible to pre-program the time of said commissioning.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen pour détecter une intention de démarrage ultérieur est un détecteur de présence du conducteur dans le véhicule. On peut prévoir un capteur de déplacement ou de contrainte dans l'assise du siège du conducteur. In one embodiment of the invention, the means for detecting a subsequent starting intention is a detector of the presence of the driver in the vehicle. A displacement or stress sensor can be provided in the seat of the driver's seat.
Le système peut comprendre un capteur de température du moyen de génération d'hydrogène relié à l'unité de commande qui est apte à autoriser la mise en service du moyen de génération d'hydrogène sur détection de ladite intention de démarrage ultérieur si la température est inférieure à une valeur seuil prédéterminée. The system may include a temperature sensor of the hydrogen generation means connected to the control unit which is capable of authorizing the commissioning of the hydrogen generation means upon detection of said intention to start later if the temperature is less than a predetermined threshold value.
Le système peut comprendre un voyant lumineux d'indication de mise en service du moyen de génération d'hydrogène sur détection de ladite intention de démarrage ultérieur. The system may include an indicator light indicating that the hydrogen generation means has been put into service upon detection of said intention for subsequent start-up.
Selon un autre aspect de l'invention, un véhicule comprend un un ensemble pile à combustible équipée d'un moyen de génération d'hydrogène à partir d'un autre carburant et d'un moyen de génération d'énergie électrique à partir dudit hydrogène et d'un comburant. La pile à combustible est prévue pour alimenter un véhicule. Le véhicule est pourvu, en outre, d'un système de commande comprenant au moins un moyen pour détecter une intention de démarrage ultérieur du véhicule par According to another aspect of the invention, a vehicle comprises a fuel cell assembly equipped with means for generating hydrogen from another fuel and with means for generating electrical energy from said hydrogen and an oxidizer. The fuel cell is intended to power a vehicle. The vehicle is further provided with a control system comprising at least one means for detecting an intention to subsequently start the vehicle by
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le conducteur, et une unité de commande apte à mettre en service le moyen de génération d'hydrogène sur détection de ladite intention de démarrage ultérieur. the driver, and a control unit capable of putting into service the means for generating hydrogen upon detection of said intention to start later.
Selon un autre aspect de l'invention, un procédé de commande d'une pile à combustible apte à alimenter un véhicule et équipée d'un moyen de génération d'hydrogène à partir d'un autre carburant et d'un moyen de génération d'énergie électrique à partir dudit hydrogène et d'un comburant, comprend des étapes de détection d'une intention de démarrage ultérieur du véhicule par le conducteur, et de mise en service du moyen de génération d'hydrogène sur détection de ladite intention de démarrage ultérieur. According to another aspect of the invention, a method for controlling a fuel cell capable of supplying a vehicle and equipped with means for generating hydrogen from another fuel and with means for generating d electrical energy from said hydrogen and from an oxidizer, comprises stages of detection of an intention to start the vehicle subsequently by the driver, and of putting into service of the means for generating hydrogen upon detection of said intention to start ulterior.
Dans un mode de réalisation de l'invention, on alimente en carburant un brûleur du moyen de génération d'hydrogène afin de chauffer un réacteur principal du moyen de génération d'hydrogène. In one embodiment of the invention, fuel is supplied to a burner of the hydrogen generation means in order to heat a main reactor of the hydrogen generation means.
Dans un mode de réalisation de l'invention, on alimente en carburant un brûleur du moyen de génération d'hydrogène en bipassant le moyen de génération d'énergie électrique pour envoyer l'hydrogène produit vers ledit brûleur afin de chauffer un réacteur principal du moyen de génération d'hydrogène. In one embodiment of the invention, fuel is supplied to a burner of the hydrogen generation means by bypassing the electric power generation means to send the hydrogen produced to said burner in order to heat a main reactor of the means. of hydrogen generation.
Dans un mode de réalisation de l'invention, on alimente en hydrogène un brûleur du moyen de génération d'hydrogène à partir d'une réserve d'hydrogène afin de chauffer un réacteur principal du moyen de génération d'hydrogène. In one embodiment of the invention, hydrogen is supplied to a burner of the hydrogen generation means from a hydrogen reserve in order to heat a main reactor of the hydrogen generation means.
Dans un mode de réalisation de l'invention, on chauffe un réacteur principal du moyen de génération d'hydrogène au moyen d'une résistance électrique. La résistance électrique peut être alimentée par une batterie du véhicule et/ou par le moyen de génération d'énergie électrique. In one embodiment of the invention, a main reactor of the hydrogen generation means is heated by means of an electrical resistance. The electrical resistance can be supplied by a vehicle battery and / or by the means for generating electrical energy.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique du système selon un aspect de l'invention ; - la figure 2 est un organigramme d'étapes du procédé selon un aspect de l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique d'un ensemble pile à The invention will be better understood on studying a few embodiments taken by way of nonlimiting examples and illustrated by the appended drawings, in which: - Figure 1 is a schematic view of the system according to one aspect of the invention ; - Figure 2 is a flow diagram of process steps according to one aspect of the invention; - Figure 3 is a schematic view of a battery cell assembly
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combustible selon un aspect de l'invention ; et - les figures 4 à 8 sont des vues schématiques de variantes de la figure 3. fuel according to one aspect of the invention; and - Figures 4 to 8 are schematic views of variants of Figure 3.
Le système qui va être décrit en référence à la figure 1, est destiné à être monté dans un véhicule automobile. Le système référencé 1 dans son ensemble est apte à commander un ensemble pile à combustible 2, du genre comprenant une pile à combustible proprement dite et un réformeur au moyen d'un liaison, par exemple un bus de communication. Un étage de conversion de carburant 3 est prévu dans le véhicule pour alimenter le système pile à combustible 2 par une conduite 4. Le système pile à combustible 2 fournit en sortie l'énergie électrique par un câble 5 relié à une ou plusieurs batteries 6 et au moteur de traction 7. Le moteur de traction 7 entraîne une transmission 8, du genre comprenant un différentiel, dont la sortie est reliée à des demi-arbres de roues 9 et 10, eux-mêmes reliés aux roues motrices 11 et 12. The system which will be described with reference to Figure 1, is intended to be mounted in a motor vehicle. The system referenced 1 as a whole is capable of controlling a fuel cell assembly 2, of the type comprising a fuel cell proper and a reformer by means of a link, for example a communication bus. A fuel conversion stage 3 is provided in the vehicle for supplying the fuel cell system 2 via a pipe 4. The fuel cell system 2 supplies electrical energy by means of a cable 5 connected to one or more batteries 6 and to the traction motor 7. The traction motor 7 drives a transmission 8, of the type comprising a differential, the output of which is connected to wheel half-shafts 9 and 10, themselves connected to the driving wheels 11 and 12.
Le système 1 comprend une unité centrale 13 comprenant au moins un microprocesseur, au moins une mémoire, un bus de communication entre ces éléments, et au moins un logiciel de commande stocké dans la mémoire et apte à être exécuté par le microprocesseur. L'unité de commande 13 peut être le superviseur du véhicule. L'unité de commande 13 est alimentée en permanence, de façon non représentée, au moins par les batteries 6, pour permettre la mise en service anticipée du système pile à combustible 2 à réception d'une information représentative de l'intention du conducteur de mettre le véhicule en route. The system 1 comprises a central unit 13 comprising at least one microprocessor, at least one memory, a communication bus between these elements, and at least one control software stored in the memory and capable of being executed by the microprocessor. The control unit 13 can be the vehicle supervisor. The control unit 13 is permanently supplied, not shown, at least by the batteries 6, to allow the early start-up of the fuel cell system 2 on receipt of information representative of the intention of the driver. start the vehicle.
Le système 1 comprend au moins un, mais de préférence plusieurs, des capteurs suivants : - Un capteur 14 d'ouverture de la porte du conducteur relié à l'unité centrale 13. Le capteur 14 envoie l'information d'ouverture de porte dès que la porte est considérée comme ouverte, par exemple si elle a été ouverte d'un angle, ou d'une distance supérieure à un seuil. Le capteur 14 peut également servir à d'autres usages, tels que la commande de l'éclairage intérieur de l'habitacle du véhicule. The system 1 comprises at least one, but preferably several, of the following sensors: - A sensor 14 for opening the driver's door connected to the central unit 13. The sensor 14 sends the door opening information as soon as that the door is considered to be open, for example if it has been opened from an angle, or from a distance greater than a threshold. The sensor 14 can also be used for other uses, such as controlling the interior lighting of the passenger compartment of the vehicle.
- Un capteur 15 de déverrouillage et de reverrouillage de la serrure de la porte du conducteur, relié à l'unité centrale 13. Le capteur 15 envoie une information à l'unité centrale 13 dès que la serrure est - A sensor 15 for unlocking and relocking the driver's door lock, connected to the central unit 13. The sensor 15 sends information to the central unit 13 as soon as the lock is
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déverrouillée. Le capteur 15 envoie également une information correspondante si la serrure est reverrouillée. Le capteur 15 peut servir à d'autres usages, par exemple pour un système de fermeture/ouverture centralisé des ouvrants d'un véhicule. unlocked. The sensor 15 also sends corresponding information if the lock is relocked. The sensor 15 can be used for other uses, for example for a centralized closing / opening system of the doors of a vehicle.
- Un capteur 16 d'un signal de télécommande, par exemple infrarouge, émis par une télécommande 17 de verrouillage/déverrouillage de la porte du conducteur. Le capteur 16 sert bien entendu également à la commande du verrouillage et du déverrouillage de ladite porte. - A sensor 16 of a remote control signal, for example infrared, emitted by a remote control 17 for locking / unlocking the driver's door. The sensor 16 is of course also used to control the locking and unlocking of said door.
- Un capteur 18 d'un signal de télécommande de mise en service anticipée de l'ensemble pile à combustible 2 au moyen d'une télécommande dédiée 19 que le conducteur actionne à distance et peut conserver sur lui dans une poche de vêtement, par exemple. - A sensor 18 of a remote control signal for early start-up of the fuel cell assembly 2 by means of a dedicated remote control 19 which the driver actuates remotely and can keep on him in a pocket of clothing, for example .
- Un capteur 20 de présence du conducteur dans le véhicule. Le capteur 20 peut être de type infrarouge. Le capteur 20 peut également être intégré dans l'assise du siège du conducteur et détecter sa présence en détectant une pression, une contrainte, un déplacement, etc. - A sensor 20 for the presence of the driver in the vehicle. The sensor 20 can be of the infrared type. The sensor 20 can also be integrated into the seat of the driver's seat and detect its presence by detecting pressure, stress, displacement, etc.
Le système 1 comprend en outre un indicateur de mise en service anticipé 21, positionné dans l'habitacle du véhicule et se présentant, par exemple, sous la forme d'un voyant lumineux qui s'allume sur commande de l'unité centrale 13 lorsque la mise en service anticipée est commandée par l'unité centrale 13. The system 1 further comprises an early start indicator 21, positioned in the passenger compartment of the vehicle and being, for example, in the form of an indicator light which lights up on command from the central unit 13 when early commissioning is controlled by the central unit 13.
On prévoira également de relier l'unité centrale 13 à la serrure 22 de commande de démarrage du véhicule, dans laquelle le conducteur va engager sa clé pour mettre en route le véhicule. Provision will also be made to connect the central unit 13 to the lock 22 for controlling the start of the vehicle, in which the driver will engage his key to start the vehicle.
On pourra également prévoir une unité de préprogrammation 23 et une interface de préprogrammation 24 reliées à l'unité de commande 13. It is also possible to provide a preprogramming unit 23 and a preprogramming interface 24 connected to the control unit 13.
Le fonctionnement du système est illustré sur la figure 2. The operation of the system is illustrated in Figure 2.
L'unité centrale 13 scrute périodiquement les signaux reçus des capteurs 14,15, 16,18 et 20, de la serrure d'antivol 22 et de l'unité de préprogrammation 23. Si le véhicule est déverrouillé, par clé ou par signal de télécommande, alors l'unité centrale 13 positionne la variable logique DEVERR à 1. Si le véhicule est reverrouillé, alors l'unité centrale 13 positionne DEVERR à 0. The central unit 13 periodically scans the signals received from the sensors 14, 15, 16, 18 and 20, from the anti-theft lock 22 and from the preprogramming unit 23. If the vehicle is unlocked, by key or by signal of remote control, then the central unit 13 sets the logic variable DEVERR to 1. If the vehicle is relocked, then the central unit 13 sets DEVERR to 0.
Si la porte du conducteur est ouverte, alors l'unité centrale 13 positionne la variable logique OUVPORTE à 1. Si la porte du conducteur If the driver's door is open, then the central processing unit 13 sets the OPEN logic variable to 1. If the driver's door
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est refermée, alors l'unité centrale 13 positionne OUVPORTE à 0. is closed, then the central unit 13 sets OPEN to 0.
Si la présence du conducteur dans le véhicule est détectée par le capteur de présence 20, l'unité centrale 13 positionne la variable PRESCOND à 1. En cas contraire, l'unité centrale 13 positionne PRESCOND à 0. If the presence of the driver in the vehicle is detected by the presence sensor 20, the central unit 13 sets the PRESCOND variable to 1. Otherwise, the central unit 13 sets PRESCOND to 0.
Si une demande de mise en service anticipée est émise par un émetteur à distance, par exemple hertzien, et captée par le capteur 18, alors l'unité centrale 13 positionne la variable logique DEMDIST à 1. If a request for early commissioning is sent by a remote transmitter, for example a radio transmitter, and picked up by the sensor 18, then the central unit 13 sets the logic variable DEMDIST to 1.
Si une demande d'interruption de la mise en service anticipée est émise par cet émetteur, alors l'unité centrale 13 positionne DEMDIST à 0. If a request to interrupt the early start-up is sent by this transmitter, then the central unit 13 sets DEMDIST to 0.
Si une demande de mise en service anticipée est générée par préprogrammation, alors l'unité centrale 13 positionne la variable logique DEMPROG à 1. If a request for early commissioning is generated by preprogramming, then the central unit 13 sets the logic variable DEMPROG to 1.
L'unité de préprogrammation 23 ne génère une nouvelle demande de mise en service anticipée que si depuis la dernière demande de mise en service anticipée, il y a eu au moins un démarrage du véhicule. The preprogramming unit 23 generates a new request for early start-up only if since the last request for early start-up, there has been at least one vehicle start-up.
Ceci permet de ne pas lancer inutilement des mises en service anticipées dans un véhicule qui a été stationné pour une longue durée sans déprogrammation du service normal de l'ensemble pile à combustible 2. This avoids unnecessarily launching early start-ups in a vehicle which has been parked for a long time without deprogramming the normal service of the fuel cell assembly 2.
L'unité centrale 13 positionne une variable logique DEMCOND à 1 si DEVERR passe de 0 à 1, ou OUVPORTE passe de 0 à 1, ou DEMDIST passe de 0 à 1, ou DEMPROG passe de 0 à 1. The central unit 13 sets a logic variable DEMCOND to 1 if DEVERR goes from 0 to 1, or OUVPORTE goes from 0 to 1, or DEMDIST goes from 0 to 1, or DEMPROG goes from 0 to 1.
Si le démarrage du véhicule est demandé par le conducteur en positionnant la clé de contact dans une position prédéfinie ou par tout autre moyen approprié, alors l'unité centrale 13 positionne la variable logique DEMVEH à 1. Cette variable est remise à 0 quand la coupure du moteur est demandée. If the vehicle is requested to start by positioning the ignition key in a predefined position or by any other appropriate means, then the central unit 13 sets the logic variable DEMVEH to 1. This variable is reset to 0 when the cut-off of the engine is requested.
La mise en service anticipée n'a lieu que si le démarrage du véhicule n'est pas encore demandé par le conducteur. Si le démarrage est demandé par le conducteur, alors on arrête la mise en service anticipée et on bascule dans un mode de gestion qui gère simultanément le chauffage du réformeur et la traction. Early commissioning takes place only if the driver has not yet requested the vehicle to start. If start-up is requested by the driver, then we stop the early start-up and switch to a management mode which simultaneously manages the heating of the reformer and the traction.
La mise en service anticipée n'est effectuée que si la température du réformeur est inférieure à sa température de fonctionnement Tl. Dès qu'on atteint cette température, la mise en service anticipée prend fin. Early start-up is only carried out if the reformer temperature is lower than its operating temperature T1. As soon as this temperature is reached, early start-up ends.
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Après la réalisation de la mise en service anticipée, une nouvelle mise en service anticipée ne peut être lancée qu'à l'occurence d'une nouvelle demande de mise en service anticipée, autrement dit quand la variable DEMCOND prend à nouveau la valeur 1. After carrying out the early start-up, a new early start-up can only be launched when a new request for early start-up is made, in other words when the DEMCOND variable takes the value 1 again.
Si la mise en service anticipée est lancée suite au déverrouillage, DEVERR = 1, ou à l'ouverture de la porte du conducteur, OUVPORTE = l, alors l'unité centrale 13 démarre un compteur de temps COMPTEMPS. Si COMPTEMPS atteint une valeur prédéfinie TIMEOUT et si la variable PRESCOND est à 0, alors la mise en service anticipée est interrompue. If the early start-up is started after unlocking, DEVERR = 1, or when the driver's door is opened, OUVPORTE = l, then the central unit 13 starts a time counter COMPTEMPS. If COMPTEMPS reaches a predefined TIMEOUT value and if the PRESCOND variable is 0, then early commissioning is interrupted.
Ceci permet d'éviter de continuer la mise en service anticipée dans le cas où le conducteur souhaite simplement accéder au véhicule sans le mettre en route. This makes it possible to avoid continuing the early start-up in the event that the driver simply wishes to access the vehicle without starting it.
Au début du procédé illustré par l'organigramme d'étapes de la figue 2, une variable ARRCOND représentative de l'arrêt de la mise en service anticipée est mise à 0. La variable DEMCOND est également mise à 0. L'unité centrale 13 effectue un test sur la variable ARRCOND, puis, si la variable ARRCOND est à 1, un autre test sur la variable DEMCOND. Si celle-ci vaut 0, on retourne au début du procédé. Dans les cas contraires, c'est-à-dire si ARRCOND vaut 0 ou si ARRCOND valant 1, DEMCOND vaut 1, on passe au test sur la température du réformeur et sur la variable DEMVEH. Si la température du réformeur est inférieure à Tl et si la variable DEMVEH vaut 0, on effectue un test sur le déverrouillage et l'ouverture de porte. Dans les cas contraires, on passe directement à une étape d'arrêt de la mise en service anticipée. At the start of the process illustrated by the flow diagram of steps in FIG. 2, an ARRCOND variable representative of the stopping of the early commissioning is set to 0. The DEMCOND variable is also set to 0. The central unit 13 performs a test on the ARRCOND variable, then, if the ARRCOND variable is 1, another test on the DEMCOND variable. If this equals 0, we return to the start of the process. In the contrary cases, that is to say if ARRCOND is worth 0 or if ARRCOND is worth 1, DEMCOND is worth 1, we pass to the test on the temperature of the reformer and on the variable DEMVEH. If the temperature of the reformer is lower than Tl and if the variable DEMVEH is worth 0, one carries out a test on the unlocking and the opening of door. In the contrary cases, we go directly to a stage of stopping the early commissioning.
A la fin de l'arrêt de la mise en service anticipée, la variable ARRCOND est mise à 1 et les variables COMPTEMPS, DEMDIST, DEMPROG, DEVERR et OUVPORTE sont mises à 0 et on recommence en début de procédé. At the end of the early commissioning stop, the ARRCOND variable is set to 1 and the COMPTEMPS, DEMDIST, DEMPROG, DEVERR and OUVPORTE variables are set to 0 and the process is started again.
Si la variable DEVERR vaut 1 ou si la variable OUVPORTE vaut 1, on passe à une étape d'incrémentation du compteur COMPTEMPS. Lorsque COMPTEMPS devient supérieur à la constante TIMEOUT, on effectue un test sur la variable PRESCOND. Si PRESCOND vaut 1, on passe à l'étape de mise en service anticipée. Si COMPTEMPS est inférieur à TIMEOUT, on passe à l'étape de l'arrêt de la mise en service anticipée. If the variable DEVERR is worth 1 or if the variable OUVPORTE is worth 1, we go to a step of incrementing the counter COMPTEMPS. When COMPTEMPS becomes greater than the TIMEOUT constant, a test is performed on the PRESCOND variable. If PRESCOND is equal to 1, we go to the early commissioning stage. If COMPTEMPS is less than TIMEOUT, we pass to the stage of stopping the early commissioning.
A l'issue de la mise en service anticipée, les variables At the end of the early commissioning, the variables
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DEMCOND et ARRCOND sont mises à 0 et on recommence en début de procédé. Si PRESCOND vaut 0, on passe à l'étape d'arrêt de la mise en service anticipée. DEMCOND and ARRCOND are set to 0 and we start again at the start of the process. If PRESCOND is worth 0, we go to the stage of stopping the early commissioning.
Lors du test sur les variables DEVERR et OUVPORTE, si DEVERR vaut 0 et OUVPORTE vaut 0, on passe à un test sur les variables DEMDIST et DEMPROG. Si DEMDIST vaut 1 ou si DEMPROG vaut 1, on passe à l'étape de mise en service anticipée. Dans le cas contraire, on effectue un test sur la variable ARRCOND. Si ARRCOND vaut 1, on recommence en début de procédé. Si ARRCOND vaut 0, on passe à l'étape d'arrêt de la mise en service anticipée. During the test on the variables DEVERR and OUVPORTE, if DEVERR is worth 0 and OUVPORTE is worth 0, we pass to a test on the variables DEMDIST and DEMPROG. If DEMDIST is worth 1 or if DEMPROG is worth 1, we go to the early commissioning stage. Otherwise, a test is performed on the ARRCOND variable. If ARRCOND is worth 1, we start again at the start of the process. If ARRCOND is equal to 0, we pass to the stage of stopping the early commissioning.
Sur la figure 3, est illustré un type d'ensemble pile à combustible 2. L'ensemble 2 est alimenté en carburant en provenance de l'étage de conversion 3 par la conduite 4, ainsi qu'en air par une conduite 25. In FIG. 3, a type of fuel cell assembly 2 is illustrated. The assembly 2 is supplied with fuel coming from the conversion stage 3 via line 4, as well as air through line 25.
L'ensemble 2 comprend un réformeur 26 alimenté en carburant, en air et en eau, un étage de conversion 27 disposé en sortie du réformeur 26 et pouvant également être alimenté en eau, un filtre 28 disposé en sortie de l'étage de conversion 27 et également alimenté en air, destiné à purifier l'hydrogène en sortie de l'étage de conversion 27 pour en supprimer d'éventuels résidus de monoxyde de carbone, et une pile à combustible 29 disposée en sortie du filtre 28 et alimentée en hydrogène par ledit filtre 28 et en air. La sortie électrique de la pile à combustible 29 n'est pas représentée. The assembly 2 comprises a reformer 26 supplied with fuel, air and water, a conversion stage 27 disposed at the outlet of the reformer 26 and which can also be supplied with water, a filter 28 disposed at the outlet of the conversion stage 27 and also supplied with air, intended to purify the hydrogen leaving the conversion stage 27 in order to remove any carbon monoxide residues therefrom, and a fuel cell 29 disposed at the outlet of the filter 28 and supplied with hydrogen by said filter 28 and in air. The electrical output of the fuel cell 29 is not shown.
La pile à combustible 29 comprend une sortie d'hydrogène 30 et
une sortie d'air 31. La sortie d'air 31 est reliée à un piège à eau 32 pourvu d'une sortie reliée à un réservoir d'eau 33 qui permet d'alimenter en eau le réformeur 26 et l'étage de conversion 27. L'ensemble 2 comprend en outre un brûleur 34 alimenté par la sortie d'hydrogène 30 de la pile à combustible 29 et par une autre sortie du piège à eau 32, le brûleur 34 étant pourvu d'un échappement 35. The fuel cell 29 includes a hydrogen outlet 30 and
an air outlet 31. The air outlet 31 is connected to a water trap 32 provided with an outlet connected to a water tank 33 which makes it possible to supply the reformer 26 and the conversion stage with water 27. The assembly 2 further comprises a burner 34 supplied by the hydrogen outlet 30 from the fuel cell 29 and by another outlet from the water trap 32, the burner 34 being provided with an exhaust 35.
L'ensemble pile à combustible permet une double transformation d'un carburant du type hydrocarboné et hydrogéné en hydrogène et de l'hydrogène additionné de comburant, en énergie électrique.
The fuel cell assembly allows a double transformation of a fuel of the hydrocarbon and hydrogenated type into hydrogen and hydrogen added with oxidant, into electrical energy.
Plusieurs possibilités de reformage existent : 1'/Le craquage consiste à casser les molécules du carburant, Several reforming possibilities exist: 1 '/ Cracking consists in breaking the molecules of the fuel,
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préalablement vaporisées si nécessaire, entrant grâce à l'effet de la température obtenue par un brûleur ou un plasma. previously vaporized if necessary, entering thanks to the effect of the temperature obtained by a burner or a plasma.
2'/L'oxydation partielle consiste à oxyder le carburant grâce à un ajout d'air, et ceci à une température élevée en fonction du carburant utilisé. Cette réaction est exothermique. 2 '/ Partial oxidation consists in oxidizing the fuel through the addition of air, and this at a high temperature depending on the fuel used. This reaction is exothermic.
3'/Le vaporeformage consiste après ajout de vapeur d'eau au carburant préalablement vaporisé si nécessaire, d'amorcer une réaction catalytique, ceci à une température élevée, fonction du carburant utilisé. 3 '/ Steam reforming consists of adding water vapor to the fuel previously vaporized if necessary, to initiate a catalytic reaction, this at a high temperature, depending on the fuel used.
Cette réaction est endothermique. This reaction is endothermic.
4'/Le reformage autothermal consiste à combiner les deux réactions précédentes au sein d'un même réacteur afin que les réactions endothermique et exothermique se compensent. 4 '/ Autothermal reforming consists of combining the two preceding reactions within the same reactor so that the endothermic and exothermic reactions compensate for each other.
Toutes ces réactions nécessitent un certain niveau de température pour leur amorçage et pour obtenir un niveau de pureté d'hydrogène satisfaisant pour la pile à combustible. De plus, le réformeur est constitué d'une certaine masse de matériau présentant une grande inertie thermique. Par conséquent, la montée en température rapide du réformeur 26 est relativement difficile. All these reactions require a certain level of temperature for their initiation and to obtain a level of hydrogen purity satisfactory for the fuel cell. In addition, the reformer consists of a certain mass of material having a high thermal inertia. Consequently, the rapid rise in temperature of the reformer 26 is relatively difficult.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, un brûleur de démarrage 36 est adjoint au réformeur 26 et est alimenté en carburant afin de chauffer le réformeur et d'atteindre la température de fonctionnement adéquate. Cette réalisation nécessite de dimensionner en puissance un brûleur spécifique en carburant pour obtenir une durée de préchauffage convenable. In the embodiment illustrated in FIG. 4, a starter burner 36 is added to the reformer 26 and is supplied with fuel in order to heat the reformer and reach the appropriate operating temperature. This embodiment requires dimensioning in power a specific fuel burner to obtain a suitable preheating time.
En variante, comme illustré sur la figure 5, on peut alimenter à haut débit en carburant le réformeur 26 et ce tout en prévoyant une dérivation 37 permettant de bipasser la pile 29. Le débit d'hydrogène sortant du filtre 28 est envoyé directement dans le brûleur 34 qui est adjoint au réformeur 26 et brûlant de l'hydrogène en surstoechiométrie dans le brûleur 34. On évite l'adjonction d'un brûleur spécifique de démarrage. As a variant, as illustrated in FIG. 5, the reformer 26 can be supplied with high flow rate of fuel while providing a bypass 37 allowing the battery 29 to be bypassed. The hydrogen flow leaving the filter 28 is sent directly to the burner 34 which is added to the reformer 26 and burning hydrogen in overstoichiometry in the burner 34. The addition of a specific starting burner is avoided.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 6, une résistance 38 de chauffage du réformeur 26 est alimentée par la batterie 6. La résistance 38 est dimensionnée en fonction de la tension de la batterie 6, de l'inertie thermique du réformeur 26 et de la durée souhaitée du In the embodiment illustrated in FIG. 6, a resistor 38 for heating the reformer 26 is supplied by the battery 6. The resistor 38 is dimensioned as a function of the voltage of the battery 6, of the thermal inertia of the reformer 26 and the desired duration of
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préchauffage. preheating.
La variante de la figure 7 est proche de celle de la figure 6, à ceci près que la résistance 38 est alimentée par la pile à combustible 29. La valeur et la puissance de la résistance 38 sont alors dimensionnées en fonction de la tension de la pile 29 à basse température et basse pression en air, tout en respectant la durée de préchauffage souhaitée. The variant of FIG. 7 is close to that of FIG. 6, except that the resistor 38 is supplied by the fuel cell 29. The value and the power of the resistor 38 are then dimensioned as a function of the voltage of the battery 29 at low temperature and low air pressure, while respecting the desired preheating time.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 8, l'ensemble 2 comprend un accumulateur d'hydrogène 39 disposé en sortie du filtre 28, parallèlement à la pile à combustible 29 et capable d'alimenter, durant le préchauffage, le brûleur 34 prévu pour chauffer le réformeur 26. In the embodiment illustrated in FIG. 8, the assembly 2 comprises a hydrogen accumulator 39 disposed at the outlet of the filter 28, parallel to the fuel cell 29 and capable of supplying, during preheating, the burner 34 provided to heat the reformer 26.
On parvient ainsi à diminuer ou à supprimer le délai nécessaire entre l'actionnement du démarrage par l'intermédiaire de la serrure d'antivol du véhicule et le déplacement effectif du véhicule, délai dû à la mise en température de l'ensemble pile à combustible. It thus succeeds in reducing or eliminating the time required between actuation of the starting by means of the vehicle anti-theft lock and the actual movement of the vehicle, delay due to the heating up of the fuel cell assembly. .
L'invention permet également une réduction de la consommation énergétique en comparaison avec une solution consistant à maintenir en permanence l'ensemble pile à combustible à la température de fonctionnement. The invention also allows a reduction in energy consumption in comparison with a solution consisting in permanently maintaining the fuel cell assembly at operating temperature.
L'invention permet donc d'anticiper de plusieurs secondes, voire de plusieurs minutes, le préchauffage du réformeur et d'offrir au conducteur, lorsqu'il actionne la serrure d'antivol, la possibilité de déplacer le véhicule, soit immédiatement ou, à tout le moins, nettement plus rapidement que dans un système classique. The invention therefore makes it possible to anticipate by several seconds, or even several minutes, the preheating of the reformer and to offer the driver, when he actuates the anti-theft lock, the possibility of moving the vehicle, either immediately or at at the very least, significantly faster than in a conventional system.
On peut également prévoir une demande de mise en service anticipée générée par une unité électronique interne au véhicule, à un instant préprogrammé, grâce à une horloge interne. Un conducteur qui part tous les jours à la même heure ou dans une plage horaire donnée, de l'ordre de quelques dizaines de minutes, peut ainsi programmer le préchauffage du réformeur de l'ensemble pile à combustible pour le début de ladite plage horaire. It is also possible to provide for an early start-up request generated by an electronic unit internal to the vehicle, at a preprogrammed instant, thanks to an internal clock. A driver who leaves every day at the same time or in a given time slot, of the order of a few tens of minutes, can thus program the preheating of the reformer of the fuel cell assembly for the start of said time slot.
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