WO2022171937A1 - Systeme d'alimentation hybride par pile a combustible et par batterie - Google Patents

Systeme d'alimentation hybride par pile a combustible et par batterie Download PDF

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WO2022171937A1
WO2022171937A1 PCT/FR2022/050011 FR2022050011W WO2022171937A1 WO 2022171937 A1 WO2022171937 A1 WO 2022171937A1 FR 2022050011 W FR2022050011 W FR 2022050011W WO 2022171937 A1 WO2022171937 A1 WO 2022171937A1
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WO
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power
battery
fuel cell
module
power supply
Prior art date
Application number
PCT/FR2022/050011
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English (en)
Inventor
Ladimir Prince
Original Assignee
Psa Automobiles Sa
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/75—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using propulsion power supplied by both fuel cells and batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • TITLE FUEL CELL AND BATTERY HYBRID POWER SYSTEM
  • the invention relates to the field of devices and systems for electronic control of a hybrid power supply by fuel cell and by battery. This system is particularly suitable for powering an electric vehicle traction motor.
  • This type of system generally comprises a complex assembly with nested circuits and numerous components.
  • a fuel cell power supply module comprising a fuel cell.
  • This module is connected to the motor in order to supply it.
  • a battery power module including a battery. This module is connected to the motor in order to supply it.
  • the electronic systems proposed in the prior art are not satisfactory because the nested complex circuits have risks of faults and breakdowns. These systems involve direct current converters (DCDC type) between the battery and the motor and/or between the fuel cell and the motor.
  • DCDC type direct current converters
  • the converters must be sized accordingly, usually on 40 to 80 kW. The more power the converter requires, the rarer it is, which complicates the production of this type of electronic system.
  • switching a power supply involves a control architecture of several on-off switches, with the same risk of a control fault.
  • a first objective to propose simplified circuits so as to significantly limit the risks of faults and breakdowns.
  • a second objective is to simplify the control architecture in order to have a control making it possible to pass easily and quickly from one power supply to another.
  • a third objective is to propose an assembly that better combines the two power supply modes.
  • the invention proposes an electronic control system for a hybrid power supply by fuel cell and by battery for a motor vehicle, the system comprising
  • a fuel cell power supply module comprising a fuel cell
  • a battery power supply module comprising a battery
  • a motor connection module comprising an inverter and a motor
  • At least one switching means configured to connect the motor connection module alternatively to the fuel cell power supply module, or to the battery power supply module
  • a computer module configured to estimate an engine power requested by the engine, and to control said means of switching to one or the other power supply module depending on the one hand on the engine power, and d on the other hand the power of the fuel cell and/or the power of the battery.
  • the layout of the system according to the invention is simplified. Thus, it significantly limits the risk of faults and breakdowns.
  • the system ensures that only one power supply is connected to the motor at a time and never both at the same time.
  • said switching means is a switch having a first position for connecting the fuel cell power supply module, and a second position for connecting the battery power supply module.
  • having only two switching positions simplifies switching control from one power supply to another and limits the risk of control faults.
  • the battery power module is connected to the fuel cell power module by including a DC converter module disposed between the battery and the fuel cell. combustible.
  • a DC converter module disposed between the battery and the fuel cell.
  • the computer module is configured to compare the motor power requested by the motor with at least one power threshold, and to control said switching means towards the fuel cell power module if the motor power is below said power threshold, or to the battery power module if the motor power is above said power threshold;
  • the power threshold depends on the power difference between the fuel cell power supply module and the power of the DC converter.
  • the computer module comprises a timer so as to control the switching means if said threshold is crossed for more than a determined time
  • the computer module is configured to control the inverter so as to cancel the power allocated to the motor during the implementation of a switchover; and/or - the calculator module is configured to control the DC converter so as to cancel the power allocated to it during the implementation of a switch.
  • the invention further relates to a method for electronically controlling a fuel cell and battery hybrid power supply for a motor vehicle, the power supply comprising
  • a fuel cell power supply module comprising a fuel cell
  • a battery power supply module comprising a battery
  • a motor connection module comprising an inverter connected to a motor, the method comprising
  • At least one switching step for controlling a connection switching of the motor connection module alternatively to the module fuel cell power supply, or to the battery power supply module, said control being a function of the power of the fuel cell and/or of the power of the battery.
  • control method further comprises a step for recharging the battery in the event of switching to the battery power supply module, by means of the fuel cell via a connection between the fuel cell power supply modules and battery including a DC converter module disposed between the battery and the fuel cell.
  • Another object of the invention relates to a computer program comprising program code instructions for the execution of the steps of the control method according to the invention, when said program is running on a computer.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising - an electronic control system according to the invention,
  • FIG.1 schematically illustrates an electronic control system according to a first preferred embodiment of the invention.
  • FIG.2 schematically illustrates an electronic control system according to a second preferred embodiment.
  • the invention relates to an electronic control system for an electric vehicle traction motor power supply M. It is a hybrid power supply by a fuel cell FC and by a battery B.
  • the electronic control system includes a fuel cell power module. This is an electronic assembly to connect an FC fuel cell to other components to operate the power supply.
  • module an electronic structure comprising connection means between different components.
  • the module may include components not described in the present application, according to the knowledge of those skilled in the art.
  • the electronic control system further includes a battery power module. This is an electronic assembly to connect a battery B to other components to run the power supply.
  • the electronic control system further includes an engine connection module.
  • This is an electronic assembly to connect a motor M to a power supply, preferably including an inverter O.
  • the electronic control system further comprises at least one switching means C.
  • This switching means C is configured to connect the motor connection module alternatively to the fuel cell power supply module, or to the battery power supply module .
  • the arrangement by the system according to the invention is simplified.
  • it significantly limits the risk of faults and breakdowns.
  • the system ensures that only one power supply is connected to the motor at a time and never both at the same time.
  • said switching means C is a switch having a first position 1 to connect the fuel cell power supply module, and a second position 2 to connect the battery power supply module.
  • this type of switch can quickly switch between the power supply modules thanks to a simplified assembly avoiding errors or control faults that there could be in the case of the use of open/closed switches. This variant simplifies the production of the control system and limits its maintenance.
  • the switch can be made electromechanically or purely electronically. Depending on the case, it can have a switching time of around 100ms for electromechanics or a few microseconds for electronics. The switching is not noticeable in use.
  • the electronic control system further comprises a computer module m configured to control said switching means C.
  • the computer module m makes it possible to switch to one or the other power supply module. In the context of the invention, the switching is done according to the power of the fuel cell FC and/or the power of the battery B, with regard to a motor power Pm requested by the motor M.
  • the computer module m is configured to estimate a motor power Pm requested by the motor M. Then, the computer module m can then control said switching means C to one or the other power supply module for example depending on the power of the fuel cell FC.
  • the computer module m makes it possible to adapt the power requested to the power available in the fuel cell FC or the battery B by means of a simplified and rapid assembly.
  • the battery power supply module is connected to the fuel cell power supply module by including a DC direct current converter module arranged between the battery B and the fuel cell FC.
  • a DC direct current converter module arranged between the battery B and the fuel cell FC.
  • the electronic control system can be implemented without a connection between the battery power supply module and the fuel cell power supply module, and without a DC direct current converter module.
  • Such a variant can be illustrated by figure 2.
  • this makes it possible to have more under-sizing of the electronic control system with very good performance.
  • the control of the switching means is done according to at least one power threshold.
  • the computer module m is configured to compare the engine power Pm requested by the engine M with such a power threshold. If the threshold is exceeded, and the computer module m will be able to command a switch to the desired power supply module. Thus, if the motor power Pm is lower than said power threshold, then said switching means C can be switched to the fuel cell power supply module.
  • the power threshold depends on the power difference between the fuel cell power supply module and the power of the direct current DC converter.
  • Some manufacturers provide an 80kW B battery and a 40kW FC fuel cell.
  • Others offer an opposite configuration.
  • the first configuration is preferred because at high power, battery B is more common and easier to procure, making it easier to produce the power system.
  • the most powerful supply is requested when the corresponding power requirement arises.
  • the average power is 40kW.
  • the corresponding energy comes from the FC fuel cell.
  • maximum power is required. At this time, the corresponding energy comes rather from battery B.
  • the use is 80-90% of the time below the maximum power, for example at around 40-50 kW, therefore powered by the battery FC fuel in the preferred configuration.
  • the DC converter can be sized at around 8.8 kW for a functional electronic control system in the preferred configuration.
  • a 40 kW or 80 kW converter is not necessary. This facilitates the production of the electronic control system.
  • the computer module m comprises a timer so as to control the switching means C if said threshold is crossed for more than a determined time.
  • the computer module m is configured to control the inverter O so as to cancel the power allocated to the motor M during the implementation of a switch. Furthermore, according to a variant, the computer module m is configured to control the direct current DC converter so as to cancel the power allocated to it during the implementation of a switchover. This prevents electrical faults by reconnecting the M motor or DC converter after switching.
  • the invention further relates to a method for electronically controlling a hybrid power supply by fuel cell FC and by battery B for a motor vehicle.
  • the process steps can be actions of the components of an electronic control system as described above.
  • the power system includes a fuel cell power module including an FC fuel cell.
  • the power system further includes a battery power module including a battery B.
  • the power system further includes a motor connection module including an inverter O connected to a motor M.
  • the method comprises a step for estimating a motor power Pm requested by the motor M. This step can be carried out by taking into account the degree of depression of the accelerator pedal of the electric vehicle.
  • the method further comprises at least one switching step for controlling a connection switching of the motor connection module alternatively to the fuel cell power supply module, or to the battery power supply module.
  • Said command is a function of the power of the fuel cell FC and/or of the power of the battery B.
  • the method further comprises a step for recharging the battery B in the event of switching to the battery power supply module.
  • This recharging is done by means of the fuel cell FC charging the battery B via a direct current DC converter module.
  • the DC DC converter module is arranged between the battery B and the fuel cell FC.
  • the maximum power of the fuel cell FC can be P1, and the voltage V1.
  • battery B it may be P2, and the voltage V2.
  • Pmax for the DC direct current converter, this can be P3, and for the M motor, Pmax. In the variant illustrated Pmax is strictly less than P2.
  • the DC converter is active and consumes a maximum power equal to P3. As long as the requested power Pm remains lower than p * (P1 -P3), we remain in this position 1. Pm can be estimated according to a degree of depression of the accelerator pedal P.
  • the computer module m sends a command to the inverter O to cancel the power requested by the motor M.
  • the computer module m optionally sends a command to the DC converter module to stop sending current to battery B.
  • the computer module m then sends a command to the switch C so that it goes to position 2, that is to say to the battery B. It then sends a command to the inverter O so that it restores the power requested by the engine M.
  • the computer module m When the power remains below p * (P1 -P3) for longer than the timer, the computer module m sends a command to the inverter O to cancel the power supplied to the motor M. Then it sends a command to switch the switch C in position 1 .
  • this embodiment makes it possible to reduce the power of the DC converter, unlike "conventional" architectures where the power of the DC converter is equal to the power of the FC fuel cell.
  • transition time from one state to the other can lead to a loss of traction since during these transitions the power supplied to the engine is cancelled, but for an imperceptible time.
  • this embodiment makes it possible to further undersize the electronic control system by removing the DC converter.
  • the invention further relates to a computer program comprising program code instructions for the execution of the steps of a control method as described above, when said program is running on a computer.
  • the program can for example be loaded into the memory of a computer of the computer module m as described previously.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising
  • FC fuel cell

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Abstract

L'invention concerne un système de contrôle électronique d'une alimentation hybride par pile à combustible (FC) et par batterie (B) pour véhicule automobile, le système comprenant - un module d'alimentation par pile à combustible (FC), - un module d'alimentation par batterie (B), - un onduleur (O) et un moteur (M), - au moins un moyen de commutation (C) configuré pour connecter la pile à combustible (FC) ou la batterie (B), - un module de calculateur (µ) configuré pour estimer une puissance de moteur (Pm) demandée par le moteur (M), et pour commander ledit moyen de commutation (C) vers la pile à combustible (FC) ou la batterie (B) en fonction de la puissance de moteur (Pm), de la puissance de la pile à combustible (FC) et/ou de la puissance de la batterie (B). L'invention concerne en outre un procédé, un programme et un véhicule sur la base d'un tel système.

Description

DESCRIPTION
TITRE : SYSTEME D’ALIMENTATION HYBRIDE PAR PILE A COMBUSTIBLE ET PAR BATTERIE
La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2101407 déposée le 15.02.2021 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
L’invention se rapporte au domaine des dispositifs et systèmes de contrôle électronique d’une alimentation hybride par pile à combustible et par batterie. Ce système est particulièrement adapté à l’alimentation d’un moteur de traction de véhicule électrique.
Ce type de système comprend généralement un montage complexe avec des circuits imbriqués et de nombreux composants. Dans ce montage, on retrouve un module d’alimentation par pile à combustible comprenant une pile à combustible. Ce module est relié au moteur afin de l’alimenter. En outre, on retrouve un module d’alimentation par batterie comprenant une batterie. Ce module est relié au moteur afin de l’alimenter.
Les systèmes électroniques proposés dans l’art antérieur ne sont pas satisfaisants car les circuits complexes imbriqués ont des risques de défauts et pannes. Ces systèmes impliquent des convertisseurs de courant continu (type DCDC) entre la batterie et le moteur et/ou entre la pile à combustible et le moteur. Les convertisseurs doivent être dimensionnés en conséquence, généralement sur 40 à 80 kW. Plus le convertisseur demande de puissance, plus il est rare, ce qui complexifie la production de ce type de systèmes électroniques.
En outre, le basculement d’une alimentation fait intervenir une architecture de commande de plusieurs interrupteurs marche-arrêt, avec de même un risque de défaut de commande.
De plus, ces systèmes ne combinent pas suffisamment les deux modes d’alimentation de sorte qu’une amélioration apparaît possible.
Ainsi, un premier objectif de proposer des circuits simplifiés de sorte à limiter significativement les risques de défauts et pannes. Un deuxième objectif est de simplifier l’architecture de commande pour avoir une commande permettant de passer facilement et rapidement d’une alimentation à l’autre.
Un troisième objectif est de proposer un montage combinant mieux les deux modes alimentation.
Pour atteindre ces objectifs, l’invention propose un système de contrôle électronique d’une alimentation hybride par pile à combustible et par batterie pour véhicule automobile, le système comprenant
- un module d’alimentation par pile à combustible comprenant à une pile à combustible,
- un module d’alimentation par batterie comprenant une batterie,
- un module de connexion de moteur comprenant un onduleur et un moteur,
- au moins un moyen de commutation configuré pour connecter le module de connexion de moteur alternativement au module d’alimentation par pile à combustible, ou au module d’alimentation par batterie,
- un module de calculateur configuré pour estimer une puissance de moteur demandée par le moteur, et pour commander ledit moyen de commutation vers l’un ou l’autre module d’alimentation en fonction d’une part de la puissance de moteur, et d’autre part de la puissance de la pile à combustible et/ou de la puissance de la batterie.
Avantageusement, l’agencement du système selon l’invention est simplifié. Ainsi, il limite significativement les risques de défauts et pannes. Le système assure qu’une seule alimentation est connectée au moteur à la fois et jamais les deux en même temps. Selon un aspect, ledit moyen de commutation est un commutateur présentant une première position pour connecter le module d’alimentation par pile à combustible, et une deuxième position pour connecter le module d’alimentation par batterie. Avantageusement, avoir uniquement deux positions de commutation simplifie la commande de commutation d’une alimentation à l’autre et limite les risques de défaut de commande.
Selon un autre aspect, le module d’alimentation par batterie est connecté au module d’alimentation par pile à combustible en incluant un module de convertisseur de courant continu disposé entre la batterie et la pile à combustible. Avantageusement, cela permet de mettre à profit la pile pour recharger la batterie lors d’une alimentation par la batterie.
Selon d’autres aspects pris isolément, ou combinés selon toutes les combinaisons techniquement réalisables : - le module de calculateur est configuré pour comparer la puissance de moteur demandée par le moteur à au moins un seuil de puissance, et pour commander ledit moyen de commutation vers le module d’alimentation par pile à combustible si la puissance de moteur est inférieure audit seuil de puissance, ou vers le module d’alimentation par batterie si la puissance de moteur est supérieure audit seuil de puissance ; et/ou
- le seuil de puissance dépend de la différence de puissance entre le module d’alimentation par pile à combustible et la puissance du convertisseur de courant continu; et/ou
- le module de calculateur comprend un temporisateur de sorte à commander le moyen de commutation si ledit seuil est franchi pendant plus d’un temps déterminé ; et/ou
- le module de calculateur est configuré pour commander l’onduleur de sorte à annuler la puissance allouée au moteur pendant la mise en œuvre d’une commutation ; et/ou - le module de calculateur est configuré pour commander le convertisseur de courant continu de sorte à annuler la puissance qui lui est allouée pendant la mise en œuvre d’une commutation.
L’invention porte en outre sur un procédé de contrôle électronique d’une alimentation hybride par pile à combustible et par batterie pour véhicule automobile, l’alimentation comprenant
- un module d’alimentation par pile à combustible comprenant une pile à combustible,
- un module d’alimentation par batterie comprenant une batterie,
- un module de connexion de moteur comprenant un onduleur connecté à un moteur, le procédé comprenant
- une étape pour estimer une puissance de moteur demandée par le moteur,
- au moins une étape de commutation pour commander une commutation de connexion du module de connexion de moteur alternativement au module d’alimentation par pile à combustible, ou au module d’alimentation par batterie, ladite commande étant en fonction de la puissance de la pile à combustible et/ou de la puissance de la batterie.
De préférence, le procédé de contrôle comprend en outre une étape pour recharger la batterie en cas de commutation vers le module d’alimentation par batterie, au moyen de la pile à combustible via une connexion entre les modules d’alimentation par pile à combustible et par batterie incluant un module de convertisseur de courant continu disposé entre la batterie et la pile à combustible. Un autre objet de l’invention concerne un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de contrôle selon l’invention, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.
L’invention a également trait à un véhicule automobile comprenant - un système de contrôle électronique selon l’invention,
- une pile à combustible, et
- un onduleur et une batterie.
L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, dans lesquelles :
- [Fig.1 ] illustre schématiquement un système de contrôle électronique selon un premier mode de réalisation préféré de l’invention ; et
- [Fig.2] illustre schématiquement un système de contrôle électronique selon un deuxième mode de réalisation préféré. L’invention concerne un système de contrôle électronique pour une alimentation de moteur M de traction de véhicule électrique. Il s’agit d’une alimentation hybride par une pile à combustible FC et par une batterie B.
Le système de contrôle électronique comprend un module d’alimentation par pile à combustible. Il s’agit d’un montage électronique pour connecter une pile à combustible FC à d’autres composants pour faire fonctionner l’alimentation.
Par module est entendu une structure électronique comprenant des moyens de connexion entre différents composants. Le module peut inclure des composants non-décrits dans la présente demande, selon les connaissances de l’homme du métier.
Le système de contrôle électronique comprend en outre un module d’alimentation par batterie. Il s’agit d’un montage électronique pour connecter une batterie B à d’autres composants pour faire fonctionner l’alimentation.
Le système de contrôle électronique comprend en outre un module de connexion de moteur. Il s’agit d’un montage électronique pour connecter un moteur M à une alimentation, en incluant de préférence un onduleur O.
Le système de contrôle électronique comprend en outre au moins un moyen de commutation C. Ce moyen de commutation C est configuré pour connecter le module de connexion de moteur alternativement au module d’alimentation par pile à combustible, ou au module d’alimentation par batterie.
Avantageusement, l’agencement par du système selon l’invention est simplifié. Ainsi, il limite significativement les risques de défauts et pannes. Le système assure qu’une seule alimentation est connectée au moteur à la fois et jamais les deux en même temps.
Selon un aspect de l’invention, ledit moyen de commutation C est un commutateur présentant une première position 1 pour connecter le module d’alimentation par pile à combustible, et une deuxième position 2 pour connecter le module d’alimentation par batterie. Avantageusement, ce type de commutateur peut basculer rapidement entre les modules d’alimentation grâce à un montage simplifié évitant des erreurs ou défauts de commandes qu’il pourrait y avoir dans le cas d’une utilisation d’interrupteurs ouvert/fermé. Cette variante simplifie la production du système de contrôle et en limite la maintenance.
Le commutateur peut être réalisé de manière électromécanique ou purement électronique. Selon le cas, il peut avoir un temps de commutation d’environ 100ms pour l’électromécanique ou de quelques microsecondes pour l’électronique. La commutation n’est pas perceptible en utilisation.
Le système de contrôle électronique comprend en outre un module de calculateur m configuré pour commander ledit moyen de commutation C. Le module de calculateur m permet de commuter vers l’un ou l’autre module d’alimentation. Dans le cadre de l’invention, la commutation se fait en fonction de la puissance de la pile à combustible FC et/ou de la puissance de la batterie B, au regard d’une puissance de moteur Pm demandée par le moteur M.
Ainsi, le module de calculateur m est configuré pour estimer une puissance de moteur Pm demandée par le moteur M. Ensuite, le module de calculateur m, peut alors commander ledit moyen de commutation C vers l’un ou l’autre module d’alimentation par exemple en fonction de la puissance de la pile à combustible FC.
Avantageusement, le module de calculateur m permet d’adapter la puissance demandée à la puissance disponible dans la pile à combustible FC ou la batterie B au moyen d’un montage simplifié et rapide.
Selon une variante, le module d’alimentation par batterie est connecté au module d’alimentation par pile à combustible en incluant un module de convertisseur de courant continu DC disposé entre la batterie B et la pile à combustible FC. Une telle variante peut être illustrée par la figure 1 . Avantageusement, cette variante permet de recharger la batterie B en cas de commutation vers le module d’alimentation par batterie. Le rechargement est fait au moyen de la pile à combustible FC via une connexion au convertisseur de courant continu DC puis à la batterie B. En outre, elle permet de sous- dimensionner le système de contrôle électronique car le module de convertisseur DC a besoin de moins de puissance que dans l’art antérieur.
Alternativement, le système de contrôle électronique peut être mis en œuvre sans connexion entre le module d’alimentation par batterie et le module d’alimentation par pile à combustible, et sans module convertisseur de courant continu DC. On pourra parler de modules d’alimentation isolées l’une de l’autre et/ou de pile FC et batterie B isolées l’une de l’autre. Une telle variante peut être illustrée par la figure 2. Avantageusement, cela permet d’avoir davantage de sous-dimensionnement du système de contrôle électronique avec de très bonnes performances.
Selon une variante, le contrôle du moyen de commutation est fait en fonction d’au moins un seuil de puissance. A cet effet, le module de calculateur m est configuré pour comparer la puissance de moteur Pm demandée par le moteur M à un tel seuil de puissance. Si le seuil est dépassé, et le module de calculateur m pourra commander une commutation vers le module d’alimentation voulu. Ainsi, si la puissance de moteur Pm est inférieure audit seuil de puissance, alors ledit moyen de commutation C peut être commuté vers le module d’alimentation par pile à combustible.
Ainsi, si la puissance de moteur Pm est supérieure audit seuil de puissance, alors ledit moyen de commutation C peut être commuté vers le module d’alimentation par batterie.
De préférence, le seuil de puissance dépend de la différence de puissance entre le module d’alimentation par pile à combustible et la puissance du convertisseur de courant continu DC. Certains constructeurs prévoient une batterie B de 80kW et une pile à combustible FC de 40kW. D’autres proposent une configuration inverse. La première configuration est préférée car à haute puissance, la batterie B est plus fréquente et il est plus facile de s’en procurer, ce qui facilite la production du système d’alimentation. Selon la configuration, l’alimentation la plus puissante est sollicitée lorsque le besoin de puissance correspondant survient. En utilisation, la puissance moyenne est de 40kW. Dans la variante préférée, l’énergie correspondante provient de la pile à combustible FC. Lors d’une accélération par exemple à un départ de péage, une puissance maximale est requise. A ce moment, l’énergie correspondante provient plutôt de la batterie B. En général, l’utilisation est à 80-90% du temps en dessous de la puissance maximale, par exemple à environ 40-50 kW, donc alimentée par la pile à combustible FC dans la configuration préférée.
Dans la variante illustrée, le convertisseur DC peut être dimensionné à environ 8,8 kW pour un système de contrôle électronique fonctionnel dans la configuration préférée. Un convertisseur à 40kW ou à 80 kW n’est pas nécessaire. Cela facilite la production du système de contrôle électronique.
Selon une variante, le module de calculateur m comprend un temporisateur de sorte à commander le moyen de commutation C si ledit seuil est franchi pendant plus d’un temps déterminé. Cette variante permet de ne pas tenir compte de variations de puissance instantanées qui pourraient générer des commutations non désirées.
Selon une variante, le module de calculateur m est configuré pour commander l’onduleur O de sorte à annuler la puissance allouée au moteur M pendant la mise en œuvre d’une commutation. En outre, selon une variante, le module de calculateur m est configuré pour commander le convertisseur de courant continu DC de sorte à annuler la puissance qui lui est allouée pendant la mise en œuvre d’une commutation. Cela permet d’éviter des défauts électriques en reconnectant le moteur M ou le convertisseur DC après la commutation.
L’invention concerne en outre un procédé de contrôle électronique d’une alimentation hybride par pile à combustible FC et par batterie B pour véhicule automobile. Les étapes du procédé peuvent être des actions des composants d’un système de contrôle électronique tel que décrit précédemment.
Le système d’alimentation comprend un module d’alimentation par pile à combustible comprenant une pile à combustible FC. Le système d’alimentation comprend en outre un module d’alimentation par batterie comprenant une batterie B. Le système d’alimentation comprend en outre un module de connexion de moteur comprenant un onduleur O connecté à un moteur M.
Le procédé comprend une étape pour estimer une puissance de moteur Pm demandée par le moteur M. Cette étape peut être réalisée en tenant compte du degré d’enfoncement de la pédale d’accélérateur du véhicule électrique. Le procédé comprend en outre au moins une étape de commutation pour commander une commutation de connexion du module de connexion de moteur alternativement au module d’alimentation par pile à combustible, ou au module d’alimentation par batterie.
Ladite commande est en fonction de la puissance de la pile à combustible FC et/ou de la puissance de la batterie B.
Selon l’invention, le procédé comprend en outre une étape pour recharger la batterie B en cas de commutation vers le module d’alimentation par batterie. Ce rechargement se fait au moyen de la pile à combustible FC chargeant la batterie B par l’intermédiaire d’un module de convertisseur de courant continu DC. En d’autres termes, le module de convertisseur de courant continu DC est disposé entre la batterie B et la pile à combustible FC.
Concernant un exemple sur la base de la variante illustrée en figure 1, de manière générale, la puissance maximale de la pile à combustible FC peut être P1, et la tension V1. Concernant la batterie B, cela peut être P2, et la tension V2. Concernant le convertisseur de courant continu DC, cela peut être P3, et pour le moteur M, Pmax. Dans la variante illustrée Pmax est strictement inférieur à P2.
Concernant maintenant le procédé de commande dans cet exemple, si la puissance demandée par le moteur M est inférieure à un certain pourcentage p de (P1 - P3), alors le commutateur C est en position 1 , c'est-à-dire vers la pile à combustible FC.
Le convertisseur DC est actif et consomme une puissance maximum égale à P3. Tant que la puissance demandée Pm reste inférieure à p*(P1 -P3), on reste dans cette position 1. Pm peut être estimé en fonction d’un degré d’enfoncement de la pédale d’accélérateur P.
Si la puissance demandée dépasse p*(P1 -P3), alors le module de calculateur m envoie une commande à l’onduleur O pour annuler la puissance demandée par le moteur M. En outre, le module de calculateur m envoie optionnellement une commande au module de convertisseur DC pour qu’il arrête d’envoyer du courant vers la batterie B.
Le module de calculateur m envoie ensuite une commande vers le commutateur C pour qu’il passe en position 2 c'est-à-dire vers la batterie B. Il envoie ensuite une commande à l’onduleur O pour qu’il restaure la puissance demandée par le moteur M.
Tant que la puissance demandée reste supérieure à p*(P1 -P3), on reste en position 2.
Si la puissance demandée descend sous cette valeur on arme un temporisateur. Tant que le temps du temporisateur n’est pas écoulé, et que la puissance reste inférieure à p*(P1 -P3), on reste en position 2.
Si la puissance repasse au-dessus de p*(P1 -P3), on arrête le temporisateur.
Lorsque la puissance repasse sous p*(P1 -P3), on réarme le temporisateur.
Lorsque la puissance reste inférieure à p*(P1 -P3) plus longtemps que le temporisateur, le module de calculateur m envoie une commande à l’onduleur O pour annuler la puissance fournie au moteur M. Ensuite, il envoie une commande pour passer le commutateur C en position 1 .
Ensuite, il envoie une commande au convertisseur DC pour qu’il alimente à nouveau la batterie DC. Ensuite, il envoie un ordre à l’onduleur O pour que celui-ci restaure la puissance fournie au moteur M.
Alternativement, il est possible de garder actif le convertisseur DC lorsque on passe en position 2. Avantageusement, ce mode de réalisation permet de réduire la puissance du convertisseur DC, contrairement aux architectures « classiques où la puissance du convertisseur DC est égale à la puissance de la pile à combustible FC.
Le temps de transition d’un état vers l’autre peut conduire à une perte de traction puisque durant ces transitions la puissance fournie au moteur est annulée, mais pendant un temps imperceptible.
Concernant un exemple similaire sur la base de la variante illustrée en figure 2 sans convertisseur DC, les paramètres de puissance et tension de la pile FC et de la batterie B, ainsi que de puissance moteur sont les mêmes que dans l’exemple précédent, mais sans aucune puissance P3 étant donné qu’il n’y a pas de convertisseur DC.
Avantageusement, ce mode de réalisation permet de sous-dimensionner davantage le système de contrôle électronique en enlevant le convertisseur DC.
L’invention concerne en outre un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes d’un procédé de contrôle tel que décrit précédemment, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. Le programme peut par exemple être chargé dans la mémoire d’un calculateur du module de calculateur m tel que décrit précédemment. L’invention a également trait à un véhicule automobile comprenant
- un système de contrôle électronique tel que décrit précédemment,
- une pile à combustible (FC), et
- un onduleur (O) et une batterie (B).

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de contrôle électronique d’une alimentation hybride par pile à combustible (FC) et par batterie (B) pour véhicule automobile, le système comprenant
- un module d’alimentation par pile à combustible comprenant une pile à combustible (FC),
- un module d’alimentation par batterie comprenant une batterie (B), - une module de connexion de moteur comprenant un onduleur (O) et un moteur
(M),
- au moins un moyen de commutation (C) configuré pour connecter le module de connexion de moteur alternativement au module d’alimentation par pile à combustible, ou au module d’alimentation par batterie, - un module de calculateur (m) configuré pour estimer une puissance de moteur
(Pm) demandée par le moteur (M), et pour commander ledit moyen de commutation (C) vers l’un ou l’autre module d’alimentation en fonction d’une part de la puissance de moteur (Pm), et d’autre part de la puissance de la pile à combustible (FC) et/ou de la puissance de la batterie (B).
2. Système de contrôle selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit moyen de commutation (C) est un commutateur présentant une première position (1 ) pour connecter le module d’alimentation par pile à combustible, et une deuxième position (2) pour connecter le module d’alimentation par batterie.
3. Système de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le module d’alimentation par batterie est connectée au module d’alimentation par pile à combustible en incluant un module de convertisseur de courant continu (DC) disposé entre la batterie (B) et la pile à combustible (FC).
4. Système de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le module de calculateur (m) est configuré pour comparer la puissance de moteur (Pm) demandée par le moteur (M) à au moins un seuil de puissance, et pour commander ledit moyen de commutation (C) vers le module d’alimentation par pile à combustible si la puissance de moteur (Pm) est inférieure audit seuil de puissance, ou vers le module d’alimentation par batterie si la puissance de moteur (Pm) est supérieure audit seuil de puissance.
5. Système de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le module de calculateur (m) comprend un temporisateur de sorte à commander le moyen de commutation si ledit seuil est franchi pendant plus d’un temps déterminé.
6. Système de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le module de calculateur (m) est configuré pour commander l’onduleur (O) de sorte à annuler la puissance allouée au moteur (M) pendant la mise en œuvre d’une commutation.
7. Système de contrôle selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le module de calculateur (m) est configuré pour commander le convertisseur de courant continu (DC) de sorte à annuler la puissance qui lui est allouée pendant la mise en œuvre d’une commutation.
8. Procédé de contrôle électronique d’une alimentation hybride par pile à combustible (FC) et par batterie (B) pour véhicule automobile, l’alimentation comprenant
- un module d’alimentation par pile à combustible connectée à une pile à combustible (FC),
- un module d’alimentation par batterie connectée à une batterie (B),
- un module de connexion de moteur comprenant un onduleur (O) connectée à un moteur (M), le procédé comprenant
- une étape pour estimer une puissance de moteur (Pm) demandée par le moteur (M),
- au moins une étape de commutation pour commander une commutation de connexion du module de connexion de moteur alternativement au module d’alimentation par pile à combustible, ou au module d’alimentation par batterie, ladite commande étant en fonction de la puissance de la pile à combustible (FC) et/ou de la puissance de la batterie (B).
9. Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé de contrôle selon la revendication 8, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.
10. Véhicule automobile comprenant - un système de contrôle électronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7,
- une pile à combustible (FC), et
- un onduleur (O) et une batterie (B).
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