FR2929452A3 - Dispositif et procede d'estimation de la quantite d'hydrogene produite par un reformeur - Google Patents

Dispositif et procede d'estimation de la quantite d'hydrogene produite par un reformeur Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un module de puissance 1 pour véhicule automobile comprenant :- une pile à combustible 2 comprenant au moins un compartiment anodique 9 et au moins un compartiment cathodique 10, la pile à combustible 2 étant alimentée en gaz riche en oxygène et en gaz riche en hydrogène et étant capable de générer de l'énergie électrique,- un réacteur de reformage 4 monté en amont de la pile à combustible et alimenté en carburant hydrocarboné et en vapeur d'eau ou en gaz riche en oxygène, et capable de produire le gaz riche en hydrogène alimentant la pile à combustible,- un brûleur 11 alimenté par les gaz anodiques, et- une unité de contrôle électronique 13.Le module de puissance 1 comprend également un capteur d'humidité 12 monté en amont de la pile à combustible 2 ou en aval du brûleur 11, et l'unité de contrôle électronique 13 comprend un premier moyen capable d'estimer, à partir des valeurs mesurées par le capteur d'humidité, la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage.

Description

B07-3100FR - GBO
Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Dispositif et procédé d'estimation de la quantité d'hydrogène produite par un reformeur Invention de : BEN-CHERIF Karim
Dispositif et procédé d'estimation de la quantité d'hydrogène produite par un reformeur L'invention concerne les modules de puissance, notamment pour véhicule automobile, comprenant une pile à combustible. L'invention concerne plus particulièrement le contrôle de la production d'hydrogène alimentant la pile à combustible. Les piles à combustible sont utilisées pour fournir de l'énergie soit pour des applications stationnaires, soit dans le domaine aéronautique ou automobile. Le développement de ces piles en vue de leur intégration dans des véhicules automobiles met en lumière de nouvelles contraintes. En particulier, les piles à combustible nécessitent de l'hydrogène ou un gaz riche en hydrogène, et de l'oxygène. L'oxygène provient généralement de l'air ambiant. En ce qui concerne l'hydrogène, il peut être produit dans le véhicule lui-même à l'aide d'un dispositif de reformage appelé reformeur. Les reformeurs permettent de produire un gaz riche en hydrogène appelé reformat, à partir d'un carburant hydrocarboné conventionnel. On distingue différents types de reformeurs selon la réaction chimique qu'ils mettent en oeuvre pour produire l'hydrogène. Il y a ainsi les reformeurs à oxydation partielle qui produisent un reformat riche en hydrogène et en monoxyde de carbone à partir d'un mélange de carburant hydrocarboné et d'oxygène. La réaction d'oxydation partielle intervient très rapidement et dégage de la chaleur (réaction exothermique). Les vapo-reformeurs produisent également un reformat riche en hydrogène et en monoxyde de carbone, mais à partir d'un mélange de carburant hydrocarboné et d'eau. Contrairement à la réaction d'oxydation partielle, la réaction de vapo-reformage est plus lente et consomme de l'énergie thermique (réaction endothermique). Toutefois, elle présente un rendement chimique en hydrogène plus élevé puisque l'hydrogène produit provient à la fois du carburant et des molécules d'eau. Enfin, les reformeurs autothermes combinent les réactions d'oxydation partielle et de vapo-reformage pour obtenir une réaction globale athermique. Cependant, le gaz riche en hydrogène sortant du réacteur de reformage contient également du monoxyde de carbone qui peut endommager la pile à combustible. Des étapes de purification sont ainsi prévues entre le réacteur de reformage et la pile à combustible afin de diminuer la concentration en monoxyde de carbone dans le gaz riche en hydrogène. La première étape de purification comprend en général un réacteur WGS (en anglais : Water Gas Shift ) capable de faire réagir le monoxyde de carbone avec de l'eau pour produire de l'hydrogène notamment. Puis, un réacteur à oxydation partielle (PROX) ou à méthanation permet de faire baisser la concentration en monoxyde de carbone jusqu'à un seuil souhaité lors de la deuxième étape de purification. Dans les modules de puissance comprenant un réacteur de reformage et une pile à combustible, il est fréquent que la production d'hydrogène par le reformeur soit supérieure à la demande de la pile à combustible. Le surplus d'hydrogène est alors envoyé à un brûleur afin de valoriser, sous forme d'énergie thermique, la quantité d'hydrogène non-consommée par la pile à combustible. I1 existe des systèmes qui sont contrôlés en fonction de la température du brûleur. En particulier, selon la quantité d'hydrogène alimentant le brûleur, celui-ci aura une température de sortie plus ou moins élevée, à partir de laquelle le système peut être commandé. De tels systèmes sont décrits par exemple dans le brevet US 6 374 166, US 6 585 785, ou dans la demande de brevet US 2001 014414. I1 existe également des systèmes dans lesquels le fonctionnement du brûleur est contrôlé par la quantité d'oxygène ou de carburant alimentant ce dernier, par exemple les systèmes décrits dans les brevets US 6 306 531 et EP 0 393 694, ou bien encore dans la demande de brevet US 2002 182460.
Un but de la présente invention est de déterminer la quantité d'hydrogène produite par un réacteur de reformage. En particulier, l'invention vise à améliorer la commande du réacteur de reformage en déterminant de manière plus précise la quantité d'hydrogène produite par celui-ci. L'invention a donc pour objet un module de puissance pour véhicule automobile comprenant : - une pile à combustible comprenant au moins un compartiment anodique et au moins un compartiment cathodique, la pile à combustible étant alimentée en gaz riche en oxygène et en gaz riche en hydrogène et étant capable de générer de l'énergie électrique, - un réacteur de reformage monté en amont de la pile à combustible et alimenté en carburant hydrocarboné et en vapeur d'eau ou en gaz riche en oxygène, et capable de produire le gaz riche en hydrogène alimentant la pile à combustible, - un brûleur alimenté par les gaz anodiques, et - une unité de contrôle électronique. En particulier, le module de puissance comprend également un capteur d'humidité monté en amont de la pile à combustible ou en aval du brûleur, et l'unité de contrôle électronique comprend un premier moyen capable d'estimer, à partir des valeurs mesurées par le capteur d'humidité, la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage. On peut ainsi déterminer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage à partir d'une mesure d'humidité, et contrôler en conséquence le réacteur de reformage afin d'améliorer le fonctionnement du module de puissance. Le premier moyen peut comprendre un estimateur statique. L'estimateur statique permet de simplifier le calcul de la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage, en utilisant notamment un modèle simplifié. Le premier moyen peut comprendre un estimateur dynamique.
L'estimateur dynamique nécessite plus de ressources de calcul, mais permet d'avoir une estimation plus précise et adaptée au cours du temps. Selon un premier mode de réalisation, le capteur d'humidité est monté en amont de la pile à combustible et le premier moyen est capable d'estimer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage à partir de la quantité de carburant hydrocarboné et éventuellement de la quantité d'eau alimentant le réacteur de reformage.
Dans ce mode de réalisation, la quantité d'hydrogène produite est déterminée grâce à un bilan de matière en hydrogène sur le réacteur de reformage. Selon un deuxième mode de réalisation, le capteur d'humidité est monté en aval du brûleur et le premier moyen est capable d'estimer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage à partir de la quantité de carburant hydrocarboné alimentant le brûleur et de la quantité d'eau contenue dans les gaz anodiques. Dans ce mode de réalisation, la quantité d'hydrogène produite est déterminée grâce à un bilan de matière en hydrogène sur le brûleur.
Préférentiellement, le module comprend également, en amont de la pile à combustible, un dispositif de purification capable de diminuer la quantité de monoxyde de carbone présent dans le gaz riche en hydrogène et capable d'introduire de l'eau dans le gaz riche en hydrogène. Le premier moyen est alors capable d'estimer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage à partir de la quantité d'eau introduite par le dispositif de purification dans les gaz anodiques. L'invention a également pour objet un procédé de mise en oeuvre d'un module de puissance pour véhicule automobile comprenant : - une pile à combustible comprenant au moins un compartiment anodique et au moins un compartiment cathodique, la pile à combustible étant alimentée en gaz riche en oxygène et en gaz riche en hydrogène et étant capable de générer de l'énergie électrique, - un réacteur de reformage monté en amont de la pile à combustible et alimenté en carburant hydrocarboné et en vapeur d'eau ou en gaz riche en oxygène, et capable de produire le gaz riche en hydrogène alimentant la pile à combustible, et - un brûleur alimenté par les gaz anodiques. Selon le procédé, on mesure la quantité d'eau contenue dans le gaz riche en hydrogène ou dans les gaz de rejet du brûleur, et on estime, à partir de ces mesures, la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage.
On peut estimer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage avec un estimateur statique. On peut également estimer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage avec un estimateur dynamique. Selon un premier mode de mise en oeuvre, on mesure la quantité d'eau contenue dans le gaz riche en hydrogène et on estime la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage à partir de la quantité de carburant hydrocarboné et éventuellement de la quantité d'eau alimentant le réacteur de reformage. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre, on mesure la quantité d'eau contenue dans les gaz de rejet du brûleur et on estime la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage à partir de la quantité de carburant hydrocarboné alimentant le brûleur et de la quantité d'eau contenue dans les gaz anodiques. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée suivante de trois modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement l'architecture générale d'un module de puissance ; et - la figure 2 est un schéma synoptique illustrant l'architecture des moyens de détermination de la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage selon un premier mode de réalisation. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un module de puissance 1 selon l'invention. Le module 1 comprend une pile à combustible 2 alimentée en gaz riche en oxygène par un groupe compresseur 3 et en gaz riche en hydrogène par un réacteur de reformage 4. Le réacteur de reformage 4 est alimenté par exemple par un vaporisateur 5 qui fournit au réacteur 4 un mélange gazeux d'hydrocarbures et de vapeur d'eau et/ou d'oxygène. Dans la suite de la description, on considère que le réacteur de reformage 4 est alimenté par un mélange de carburant et d'eau. Le vaporisateur 5 peut être réalisé par exemple sous la forme d'un échangeur micro-structuré, d'un échangeur à plaques ou d'un échangeur tubulaire. Le mélange de carburant et de vapeur d'eau est chauffé par exemple jusqu'à une température de l'ordre de 600 à 800°C, puis est acheminé vers le réacteur de reformage 4. Le réacteur de reformage 4 peut être un réacteur chimique à lit fixe, monolithique ou micro-structuré. I1 peut comprendre un vapo- reformeur catalytique ou un réacteur de vapo-reformage assisté par plasma. I1 est cependant également capable de mettre en oeuvre une réaction d'oxydation partielle lorsqu'il est alimenté par un mélange carburant/air au lieu du mélange carburant/vapeur d'eau. En fonctionnement stationnaire, le réacteur de reformage 4 produit un gaz riche en hydrogène, ou reformat, à partir du mélange de vapeur d'eau et de carburant. Le reformat est ensuite acheminé vers des dispositifs de purification afin d'y diminuer, notamment, la quantité de monoxyde de carbone. Ainsi, le reformat est acheminé vers deux réacteurs 6, 7 de water gas shift à haute température et basse température, puis vers un réacteur d'oxydation préférentielle 8 permettant de réduire la teneur en monoxyde de carbone du reformat jusqu'à un seuil acceptable par la pile à combustible 2. La pile à combustible 2 est de préférence une pile de type PEM (Proton Exchange Membrane) comprenant un compartiment anodique 9 siège de la réaction d'oxydation de l'hydrogène, et un compartiment cathodique 10 siège de la réaction de réduction de l'oxygène. La pile à combustible 2 est donc le siège d'une réaction d'oxydo-réduction au cours de laquelle de l'énergie électrique et de l'eau sont produites. Le compartiment anodique 9 est alimenté en reformat riche en hydrogène. Le compartiment cathodique 10 est alimenté en gaz riche en oxygène par le groupe de compression 3. Les gaz anodiques issus du compartiment anodique 9 sont envoyés à l'entrée d'un brûleur 11. Le brûleur 11 est de préférence un brûleur catalytique mais peut également être un brûleur à flamme et est en contact thermique avec le vaporisateur 5. En fonctionnement stationnaire, il est alimenté en carburant, en air comprimé provenant du groupe de compression 3 et en gaz anodiques. Le brûleur 11 permet de réaliser une combustion des gaz anodiques, et en particulier de l'hydrogène contenu dans ceux-ci. Cette combustion permet ainsi de valoriser, sous forme d'énergie thermique, l'hydrogène produit par le réacteur de reformage 4 et non-utilisé par la pile à combustible 2. Les gaz de rejet issus du brûleur 11 sont alors acheminés vers le groupe de compression 3 avant leur rejet par l'échappement. Le groupe de compression 3 comprend avantageusement un compresseur volumétrique entraîné par un moteur électrique, à titre de premier étage de compression, et un groupe turbocompresseur comprenant un compresseur relié par un arbre à une turbine, à titre de deuxième étage de compression. Le compresseur volumétrique est alimenté en air ambiant. L'air ambiant subit une première compression puis est envoyé dans le compresseur du deuxième étage, entraîné via l'arbre commun, par la turbine. La turbine est alimentée, d'une part, par les gaz de rejet du brûleur 11 et, d'autre part, par les gaz cathodiques récupérés à la sortie du compartiment cathodique 10. A la sortie de la turbine, les gaz sont envoyés à l'échappement. L'air comprimé par le groupe de compression 3 jusqu'à une pression comprise par exemple entre 2 et 4 bars, permet d'alimenter en oxygène le compartiment cathodique 10 de la pile à combustible 2, et éventuellement le brûleur 11. Afin d'améliorer le fonctionnement et le rendement du module de puissance, celui-ci comprend également un dispositif capable d'estimer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage 4. En particulier, selon un premier mode de réalisation, le module de puissance 1 peut comprendre un capteur d'humidité 12 monté en aval du réacteur de reformage 4 et en amont du réacteur de water gas shift à haute température 6. Le capteur 12 permet de mesurer le débit d'eau à la sortie du réacteur de reformage 4. Cette mesure est alors transmise à une unité de contrôle électronique (UCE) 13 capable de déterminer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage 4, à partir des mesure du capteur d'humidité 12, de la pression du reformat, et des débits de carburant et d'eau alimentant le réacteur de reformage 4. Plus précisément, l'unité de contrôle 13 peut déterminer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage 4, à l'aide d'un estimateur statique. Par exemple, l'unité de contrôle 13 peut effectuer un bilan de matière en hydrogène entre l'entrée et la sortie du réacteur de reformage 4. Les atomes d'hydrogène en sortie du réacteur de reformage 4 sont issus soit du carburant hydrocarboné soit de l'eau alimentant le réacteur de reformage, et sortent sous forme de dihydrogène ou d'eau. Ainsi, pour un carburant hydrocarboné de formule générale CXHyOz7 on obtient pour le bilan en hydrogène : Y fuel + 2.Qzz20 = 2.(QH°nt 2O + QHZt dans laquelle: tt, - Qfuei et QH20 représentent les débits de carburant hydrocarboné et d'eau en entrée du réacteur de reformage 4, out out
- QH20 et QH2 représentent respectivement les débits d'eau et d'hydrogène en sortie du réacteur de reformage 4.
En considérant que le capteur d'humidité 12 mesure une humidité relative H, celle-ci peut s'écrire sous la forme : dans laquelle : - Qtot représente le débit total de reformat en sortie du réacteur de reformage et qui peut être mesuré par un débitmètre ou qui peut être déterminé par les lois de conservation de la masse à partir des débits alimentant le réacteur de reformage 4 ;
- P représente la pression du reformat en sortie du réacteur 4, et
- PH°o représente la pression de vapeur saturante à la température du reformat.
Ainsi, l'unité de contrôle 13 peut en déduire le débit
out d'hydrogène QH2 produit par le réacteur de reformage 4 grâce à la formule :
sat raout _ Y•Qfuel H'PHZO •Qtot QHz 2 + H20 P Grâce à cette estimation statique, l'unité de contrôle 13 peut déterminer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage 4 et modifier la commande a de ce dernier afin que la quantité
d'hydrogène produite corresponde à la consigne.
Ainsi, comme représenté sur la figure 2, l'unité de contrôle 13 peut comprendre un premier moyen 14 recevant en entrée : les valeurs H d'humidité relative mesurées par le capteur 12, les débits Qfuel et Qxzo de carburant et d'eau respectivement, alimentant le réacteur de
reformage 4. Le premier moyen calcule alors, à partir du bilan sur les atomes d'hydrogène, le débit d'hydrogène en sortie du réacteur de reformage 4, à l'aide de l'équation (1). La valeur QHzt obtenue est alors transmise à un contrôleur 15 qui reçoit également une valeur de consigne QHz tue , et qui adapte la commande a du réacteur de reformage à partir de l'écart Qvoulue _ Qout H2 HZ Selon une variante, il est également possible d'estimer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage 4 avec un estimateur dynamique. Dans ce cas, à l'aide d'un modèle du taux de réaction dans les différents étages du réacteur de reformage 4, on peut
représenter le système sous la forme de l'équation dynamique suivante : (1) CH20 = R(CH20, a, b...) (2) H=d.CH20 (3) dans lesquelles : - Cx2o représente la concentration en eau dans le reformat et Cxzo représente la variation par rapport au temps de la concentration en eau dans le reformat ; - R est le taux de réaction de reformage et fixe la dynamique de la réaction en décrivant une loi de cinétique chimique et en utilisant comme entrée les concentrations des espèces, la richesse du mélange et la composition du carburant hydrocarboné, - a et b représentent des grandeurs caractéristiques de la réaction ; - et d est une constante. On construit alors l'estimateur dynamique CH20 l CH20 =R(CHzo,a,b...)+K(HùH) (4) H=d. CH20 (5) dans lesquelles : - Cxzo représente la valeur estimée de la concentration en eau dans le et l'estimateur e = CH2O ù CH2O vérifie l'équation : é = R(CHzo + e, a, b...) ù R(CHzo, a, b...) ù K. d. e K est choisie de manière à assurer la convergence de l'observateur et à lui fixer une dynamique satisfaisante. Lorsque l'erreur reformat ; - H"représente la valeur estimée de l'humidité relative, et - K est une constante. L'erreur entre le système réel e converge vers, la valeur estimée CHzo converge vers la valeur réelle CH2O. L'estimateur dynamique permet de s'affranchir des incertitudes sur le modèle, et permet ainsi d'obtenir une valeur plus précise.
Selon un deuxième mode de réalisation, le capteur d'humidité relative 12 peut être monté entre les réacteurs de water gas shift à haute et basse température 6 et 7. Dans ce cas, il faut tenir compte également de la quantité d'eau QHzô'~n introduite dans le reformat au niveau du réacteur 6 et qui peut être déterminée par le système d'injection ou par un débitmètre. Le bilan en hydrogène s'écrit alors sous la forme : in HTS,in HTS,out HTS,out Y•Qfuel + 2.Q1120 + 2.QH20 = Z.(QHzO + QH2 dans laquelle: QHTS,out HTS,out H2O et QH2 représentent respectivement les débits d'eau et d'hydrogène en sortie du réacteur de water gas shift à haute température 6.
Ainsi, l'unité de contrôle 13 peut en déduire le débit d'hydrogène produit par le réacteur de reformage 4 grâce à la formule : H. nsat out _ Y.Qfuel HTS,in 1 Hz0'Qtot QHz 2 + QH2O + QH2O P (6) Grâce à cette estimation statique, l'unité de contrôle 13 peut déterminer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage 4 et modifier la commande de ce dernier afin que la quantité d'hydrogène produite corresponde à la consigne.
Selon ce mode de réalisation, il est également possible d'utiliser un estimateur dynamique.
Selon un troisième mode de réalisation, le capteur d'humidité relative 12 peut être monté en aval du réacteur de water gas shift à basse température 7 et en amont du réacteur d'oxydation préférentielle 8. Dans ce cas, il faut tenir compte également de la quantité d'eau QHTS,in x20 introduite dans le reformat au niveau du réacteur 6 et de la LTS,in quantité d'eau QH2O introduite dans le reformat au niveau du réacteur 7. Le bilan en hydrogène s'écrit alors sous la forme : in HTS,in LTS,in ( LTS,ou Y.Qfuel + 2.QHz0 + 2.QHz0 + 2.QH20 = 2.(QH2O dans laquelle: + QHLTS,out ) LTS,out QH20 QLTS,out H2 représentent respectivement les débits d'eau et et d'hydrogène en sortie du réacteur de water gas shift à basse température 7.
Ainsi, l'unité de contrôle 13 peut en déduire le débit d'hydrogène produit par le réacteur de reformage 4 grâce à la formule : H. nsat out = Y'Qfuel HTS,in LTS,in _ H20'Qtot QHZ 2 +QHzo +QHzo +QHzo P 7 Grâce à cette estimation statique, l'unité de contrôle 13 peut déterminer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage 4 et modifier la commande de ce dernier afin que la quantité d'hydrogène produite corresponde à la consigne.
Selon ce mode de réalisation, il est également possible d'utiliser un estimateur dynamique.
Selon un troisième mode de réalisation, on peut effectuer un bilan sur les atomes d'hydrogène au niveau du brûleur 11. Les atomes d'hydrogène en sortie du brûleur 11 sont issus soit du carburant hydrocarboné alimentant le brûleur, soit de l'eau comprise dans les gaz anodiques, soit de l'hydrogène compris dans les gaz anodique. Ainsi, pour un carburant hydrocarboné de formule générale CXHy0z7 et en considérant que l'hydrogène compris dans les gaz anodiques réagissent complètement dans le brûleur pour donner de l'eau, on peut écrire l'équation bilan suivante : brûleur R,in R,in R,out y Qfuel + 2.QH2O + 2.QH2 = 2.QH2O dans laquelle: brûleur - Qfuei représente le débit de carburant hydrocarboné alimentant le brûleur 11,
R,in R,in - QH2O et QHz représentent respectivement les débits d'eau et d'hydrogène dans les gaz anodiques, et R,out - QH2O représente le débit d'eau en sortie du brûleur 11. Dans ce mode de réalisation, le module de puissance peut comprendre deux capteurs d'humidité. Un premier capteur 12 est monté en aval du brûleur 11, et sa mesure d'humidité relative H12 peut s'écrire sous la forme H12 = R,out QH2O 12 Qtot P sat,12 H2O .P dans laquelle - Qt t représente le débit total de gaz de rejet en sortie du brûleur 11 et qui peut être mesuré par un débitmètre ; - P représente la pression des gaz de rejet en sortie du brûleur 1l, et - PH2ô12 représente la pression de vapeur saturante à la température des gaz de rejet.
Un deuxième capteur 120 peut également être utilisé, en amont du brûleur 11, pour mesurer l'humidité relative H120 des gaz anodiques en entrée du brûleur 11. Cette humidité relative H120 peut s'écrire sous la forme : H120 = R,in QH20 P 120 Qtot Psat,120 HZO dans laquelle - Qt t~ représente le débit total de gaz anodiques en sortie du compartiment anodique 9 et qui peut être mesuré par un débitmètre ;
- P représente la pression des gaz anodiques en sortie du compartiment anodique 9, et sat,120 - -rH2O représente la pression de vapeur saturante à la température des gaz anodiques.
L'unité de contrôle 13 peut en déduire le débit d'hydrogène produit par le réacteur de reformage 4 grâce à la formule : sat,12 12 sat,120 120 brûleur out _ H12'PH20 '~tot _ H120'PH20 '~tot _ + .Y•Qfuel IN cell QH2 P P 2 2F dans laquelle I est le courant imposé par la pile 2, Ncell est le nombre de cellules de la pile 2 et F est la constante de Faraday. Ainsi, grâce à un ou plusieurs capteurs d'humidité, il est possible de déterminer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage, et d'adapter en conséquence le fonctionnement du module de puissance. Par ailleurs, le dispositif de détermination de la quantité d'hydrogène nécessite peu de modifications sur le module de puissance, et est indépendant de l'application du module de puissance.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Module de puissance (1) pour véhicule automobile comprenant - une pile à combustible (2) comprenant au moins un compartiment anodique (9) et au moins un compartiment cathodique (10), la pile à combustible (2) étant alimentée en gaz riche en oxygène et en gaz riche en hydrogène et étant capable de générer de l'énergie électrique, - un réacteur de reformage (4) monté en amont de la pile à combustible et alimenté en carburant hydrocarboné et en vapeur d'eau ou en gaz riche en oxygène, et capable de produire le gaz riche en hydrogène alimentant la pile à combustible, - un brûleur (11) alimenté par les gaz anodiques, et - une unité de contrôle électronique (13), caractérisé en ce que le module de puissance comprend également un capteur d'humidité (12) monté en amont de la pile à combustible ou en aval du brûleur, et en ce que l'unité de contrôle électronique comprend un premier moyen (14) capable d'estimer, à partir des valeurs mesurées par le capteur d'humidité, la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage.
  2. 2. Module de puissance selon la revendication 1 dans lequel le premier moyen (14) comprend un estimateur statique.
  3. 3. Module de puissance selon la revendication 1 dans lequel le premier moyen (14) comprend un estimateur dynamique.
  4. 4. Module de puissance selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le capteur d'humidité (12) est monté en amont de la pile à combustible et dans lequel le premier moyen (14) est capable d'estimer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage à partir de la quantité de carburant hydrocarboné et éventuellement de la quantité d'eau alimentant le réacteur de reformage.
  5. 5. Module de puissance selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le capteur d'humidité (12) est monté en aval du brûleur et dans lequel le premier moyen est capable d'estimer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage à partir de la quantité de carburant hydrocarboné alimentant le brûleur et de la quantité d'eau contenue dans les gaz anodiques.
  6. 6. Module de puissance selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant également, en amont de la pile à combustible, un dispositif de purification (6,
  7. 7) capable de diminuer la quantité de monoxyde de carbone présent dans le gaz riche en hydrogène et capable d'introduire de l'eau dans le gaz riche en hydrogène, dans lequel le premier moyen (13) est capable d'estimer la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage à partir de la quantité d'eau introduite par le dispositif de purification (6, 7) dans les gaz anodiques. 7. Procédé de mise en oeuvre d'un module de puissance (1) pour véhicule automobile comprenant : - une pile à combustible (2) comprenant au moins un compartiment anodique (9) et au moins un compartiment cathodique (10), la pile à combustible étant alimentée en gaz riche en oxygène et en gaz riche en hydrogène et étant capable de générer de l'énergie électrique, - un réacteur de reformage (4) monté en amont de la pile à combustible et alimenté en carburant hydrocarboné et en vapeur d'eau ou en gaz riche en oxygène, et capable de produire le gaz riche en hydrogène alimentant la pile à combustible, et - un brûleur (11) alimenté par les gaz anodiques, caractérisé en ce qu'on mesure la quantité d'eau contenue dans le gaz riche en hydrogène ou dans les gaz de rejet du brûleur, et en ce qu'on estime, à partir de ces mesures, la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage.
  8. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel on estime la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage avec un estimateur statique.
  9. 9. Procédé selon la revendication 7 dans lequel on estime la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage avec un estimateur dynamique.
  10. 10. Procédé selon l'une des revendication 7 à 9 dans lequel on mesure la quantité d'eau contenue dans le gaz riche en hydrogène et dans lequel on estime la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage (4) à partir de la quantité de carburant hydrocarboné et éventuellement de la quantité d'eau alimentant le réacteur de reformage.
  11. 11. Procédé selon l'une des revendication 7 à 9 dans lequel on mesure la quantité d'eau contenue dans les gaz de rejet du brûleur (11) et dans lequel on estime la quantité d'hydrogène produite par le réacteur de reformage à partir de la quantité de carburant hydrocarboné alimentant le brûleur (11) et de la quantité d'eau contenue dans les gaz anodiques.
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