Brevet FR2816889A1 — publié le 20020524

AUTOMOBILE A QUATRE ROUES ALIMENTEE PAR UNE PILE A COMBUSTIBLE La présente invention concerne une automobile électrique à quatre roues alimentée par un pile à com- bustible, l'automobile comprenant un châssis de forme rectangulaire en vue de dessus, quatre roues étant po- sitionnées aux quatre coins respectifs de ce châssis, un siège conducteur disposé sensiblement centralement sur le châssis, un plancher plat monté sur le châssis à l'avant du siège, et un moteur électrique pour déplacer l'automobile à quatre roues. Une automobile électrique à quatre roues ali- mentée par une pile à combustible est connue par le brevet japonais mis à l'Inspection Publique N 3-109 126 intitulé "automobile électrique à pile à combustible" (Fuel-cell electric automobile). Selon la figure 1 de la publication indiquée ci-dessus, l'agencement décrit est une automobile élec- trique ayant une pile à combustible 13 (la référence numérique est celle de la publication) en tant que source d'énergie, qui est disposée en dessous d'une zone centrale d'un châssis 2. Pour utiliser la pile à combustible 13, il est nécessaire d'avoir un réservoir de combustible pour stocker du méthanol, une unité de reformage pour pro- duire de l'hydrogène, et une batterie secondaire pour stocker l'électricité produite, en plus de la pile à combustible 13, comme cela est décrit ultérieurement. La disposition de la pile à combustible 13, de l'unité de reformage, et de la batterie secondaire est particu- lièrement importante pour leur installation sur une au- tomobile à quatre roues. Un exemple de système de pile à combustible basé sur les principes de la création de courant électrique par une pile à combustible va être décrit ci-dessous. Les figures 6(a) et 6(b) sont des vues sché- matiques des principes de la création d'un courant électrique par une pile à combustible. La figure 6(a) représente les principes de l'électrolyse de l'eau, et la figure 6(b) représente les principes de la création d'un courant électrique par une pile à combustible. Sur la figure 6(a), de l'eau (H20), ainsi qu'un électrolyte tel que de l'acide sulfurique (H2S04), dissous dans l'eau, sont placés dans un réservoir d'eau 101, et des électrodes 102, 103 constituées de platine ou de matériaux analogues sont mises dans le réservoir d'eau 101. Les électrodes 102, 103 sont recouvertes de boîtiers respectifs 104, 105, et une alimentation en courant continu 106 est connectée entre les électrodes 102 et 103. Conformément aux principes bien connus de l'électrolyse de l'eau, de l'oxygène gazeux 02 est pro- duit au niveau de l'électrode 102 qui sert de cathode, et de l'hydrogène gazeux H2 est produit au niveau de l'électrode 103 qui sert d'anode. Les flèches référen- cées par e- indiquent un écoulement de charges, et les flèches référencées par H+ indiquent un écoulement d'ions hydrogène. Sur la figure 6(b) qui représente un proces- sus qui est l'inverse du processus représenté sur la figure 6(a), de l'oxygène gazeux (02) est placé dans un boîtier 104, et de l'hydrogène gazeux (H2) est placé dans un autre boîtier 105, et une charge 107 est con- nectée entre les électrodes 102, 103. Lorsque l'oxygène gazeux (02) et l'hydrogène gazeux (H2) sont soumis à une réaction électrochimique dans de l'eau (H20) et un électrolyte tel que de l'acide sulfurique (H2SO4), dis- sous dans l'eau, un courant circule à travers la charge 107. L'oxygène gazeux (02) et l'hydrogène gazeux (H2) sont combinés sous forme d'eau (H20). L'inverse de l'électrolyse de l'eau représen- tée sur la figure 6(a) représente les principes de création d'un courant électrique par une pile à combus- tible. Un système de pile à combustible va être décrit ci-dessous. La figure 7 est un schéma fonctionnel repré- sentant un système de pile à combustible donné à titre d'exemple. Un système de pile à combustible 110 com- porte un réservoir de combustible 111 destiné à stocker du méthanol, une unité de reformage 112 pour produire de l'hydrogène à partir de méthanol et d'eau, une pile à combustible 113 pour provoquer une réaction électro- chimique de l'hydrogène produit par l'unité de refor- mage 112 avec l'oxygène de l'air, une première pompe pour alimenter de l'air atmosphérique à travers un épurateur d'air 114 à l'intérieur de la pile à combus- tible 113, une seconde pompe 116 destinée à alimenter de l'hydrogène à partir de l'unité de reformage 112 jusqu'à l'intérieur de la pile à combustible 113, un ensemble de catalyse (catalyseur) 117 destiné à rece- voir de la vapeur d'eau évacuée de la pile à combusti- ble 113 et du dioxyde de carbone gazeux produit par l'unité de reformage 112 et acheminés à travers la pile à combustible 113, et à réduire la quantité de dioxyde de carbone gazeux, un réservoir d'eau 118 destiné à re- cevoir de l'eau évacuée à partir de l'ensemble de cata- lyse 117, une batterie secondaire 119 destinée à stock- er l'électricité produite par la pile à combustible 113, et un moteur 122 relié à la batterie secondaire 119 par l'intermédiaire d'une commande 121. La batterie secondaire 119 stocke également de l'électricité pro- duite par le moteur 122. Sur la figure7, la flèche blanche référencée par (CH30H) représente un écoulement de méthanol, la flèche blanche référencée par (H2) indique un écoule- ment d'hydrogène gazeux, la flèche blanche référencée par (02) indique un écoulement d'oxygène gazeux, la flèche blanche référencée par (H20 + C02) indique un écoulement de vapeur d'eau et de dioxyde de carbone ga- zeux, et la flèche blanche référencée par (H20) indique un écoulement d'eau. Comme décrit ci-dessus, pour la pile à com- bustible 113 en tant que source d'énergie d'une automo- bile à quatre roues (non-représentée), sont requis le réservoir de combustible 111 destiné à stocker du mé- thanol, l'unité de reformage 112 destinée à produire de l'hydrogène, et la batterie secondaire 119 destinée à stocker l'électricité produite par la pile à combusti- ble 113. Pour installer le réservoir de combustible 111, l'unité de reformage 112, et la pile à combustible 113 sur l'automobile à quatre roues, il est nécessaire de prendre en compte l'équilibrage des poids, les tra- vaux d'entretien, des détails de conception ou des dé- tails analogues, et de nombreuses dispositions doivent être analysées pour le système de pile à combustible 110. C'est par conséquent un but de la présente invention de fournir une technologie pour placer de ma- nière optimale une pile à combustible, une unité de re- formage ou une batterie secondaire lors de l'installa- tion d'une pile à combustible sur une automobile à qua- tre roues. Pour atteindre le but indiqué ci-dessus, une automobile électrique à quatre roues alimentée par une pile à combustible a un châssis qui a une forme rectan- gulaire lorsqu'il est vu de dessus, quatre roues étant positionnées aux quatre coins respectifs de celui-ci, un siège conducteur disposé sensiblement centralement sur le châssis, un plancher plat monté sur le châssis à l'avant du siège, et un moteur électrique destiné à dé- placer l'automobile à quatre roues, caractérisée en ce qu'elle comporte un réservoir disposé en dessous du plancher pour stocker du méthanol et de l'eau, une uni- té de reformage disposée en dessous du plancher pour produire de l'hydrogène à partir de méthanol et d'eau alimentés à partir du réservoir, une pile à combustible disposée en dessous du plancher pour produire de l'électricité à partir d'une réaction électrochimique de l'hydrogène produite par l'unité de reformage avec l'oxygène de l'air, et une batterie secondaire disposée en dessous du plancher pour stocker l'électricité pro- duite par la pile à combustible. Le méthanol et l'eau sont envoyés à partir du réservoir vers l'unité de reformage, qui produit de l'hydrogène à partir de méthanol et d'eau. L'hydrogène produit est envoyé à la pile à combustible, qui produit de l'électricité. L'électricité produite est envoyée vers le moteur électrique pour mettre en rotation le moteur électrique, et déplaçant ainsi l'automobile à quatre roues. Puisque le réservoir, l'unité de reformage, la pile à combustible et la batterie secondaire sont disposés en dessous du plancher, les mécanismes desti- nés à produire de l'électricité à partir d'air, de mé- thanol, et d'eau sont centralisés. En résultat, la fonction consistant à produire de l'électricité à par- tir d'air, de méthanol et d'eau peut être effectuée dans une unité, et les composants incluant le réser- voir, l'unité de reformage, la pile à combustible et la batterie secondaire peuvent être rendus compacts. De façon préférée, l'automobile électrique à quatre roues alimentée par une pile à combustible est caractérisée en ce que la pile à combustible et le mo- teur électrique sont disposés respectivement sur les côtés gauche et droit ou les côtés droit et gauche d'une ligne centrale qui divise le châssis en parties gauche et droite. Il est important de maintenir équilibré le poids du châssis de l'automobile à quatre roues. Le poids du châssis est maintenu dans un bon équilibre en positionnant la pile à combustible et le moteur élec- trique respectivement sur les côtés gauche et droit ou les côtés droit et gauche de la ligne centrale qui di- vise le châssis en parties gauche et droite. On va maintenant décrire un mode de réalisa- tion préféré de la présente invention, uniquement à ti- tre d'exemple, en référence aux dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'une automobile électrique à quatre roues alimentée par une pile à combustible selon la présente invention, - la figure 2 est une vue éclatée en perspec- tive du système moteur de l'automobile électrique à quatre roues alimentée par une pile à combustible selon la présente invention, - la figure 3 est une vue partiellement écla- tée en perspective de l'unité de pile à combustible de l'automobile électrique à quatre roues alimentée par une pile à combustible selon la présente invention, - la figure 4 est une vue shématiquement d'un premier mode de réalisation de l'automobile électrique à quatre roues alimentée par une pile à combustible se- lon la présente invention, - la figure 5 est une vue shématique d'un se- cond mode de réalisation de l'automobile électrique à quatre roues alimentée par une pile à combustible selon la présente invention, - les figures 6(a) et 6(b) sont des vues schématiques déjà décrites, - la figure 7 est un schéma fonctionnel re- présentant un système de pile à combustible donné à ti- tre d'exemple. Dans le mode de réalisation de la présente invention qui va être décrit ci-dessous, les termes "avant", "arrière", "gauche", "droit", "supérieur", et "inférieur" sont utilisés pour indiquer les directions telles que vues par l'utilisateur, et "AV" représente l'avant, "AR" représente l'arrière, "G" représente la gauche, et "D" représente la droite. Les figures doi- vent être vues dans le sens dans lequel les références sont lues. La figure 1 est une vue en perspective d'une automobile électrique à quatre roues alimentée par une pile à combustible selon la présente invention. Une au- tomobile électrique à quatre roues alimentée par pile à combustible 10 comporte un châssis 11, un cadre de châssis 12, un siège conducteur 13, deux roues avant 14, un essieu avant 15, deux roues arrière 16, un es- sieu arrière-17, un cadre de protection 18 entourant le siège 13, un cadre arrière 21, un appui-tête 22 monté sur le cadre arrière 21, un système de motorisation 30, un épurateur d'air 31, un tuyau d'admission 32, une pompe à air 33, un tuyau d'échappement 35, une unité de pile à combustible 40, une pile à combustible 43, un plancher 46, un moteur électrique 51, et une transmis- sion 52. L'automobile électrique à quatre roues ali- mentée par pile à combustible 10 a la forme d'un "buggy", une pile à combustible 43 étant montée sur celui-ci, et est classée en tant que véhicule tout terrain. Puisque l'automobile électrique à quatre roues alimentée par pile à combustible 10 a une conception de châssis léger et compact, elle peut prendre des petits virages et peut être facilement manoeuvrée, et est uni- quement utilisée comme véhicule se déplaçant en dehors des routes, pour déplacer des personnes dans le domaine de l'agriculture, de l'élevage du bétail, de la chasse, d'opérations de supervision de sécurité, et des loi- sirs. La figure 2 est une vue éclatée en perspec- tive du système de motorisation de l'automobile élec- trique à quatre roues alimentée par pile à combustible selon la présente invention. Le système de motorisation 30 comporte l'épurateur d'air 31 destiné à purifier l'air, le tuyau d'admission 32 destiné à guider l'air purifié par l'épurateur d'air 31, la pompe à air 33 re- liée au tuyau d'admission 32 pour fournir de l'air, l'unité de pile à combustible 40 destinée à produire de l'électricité à partir d'éléments, dont un est alimenté en air par la pompe à air 33, le tuyau d'échappement 35 destiné à évacuer les gaz d'échappement produits par l'unité de pile à combustible 40, le moteur électrique 51 qui peut être mis sous tension par l'électricité produite par l'unité de pile à combustible 40, la transmission 52 reliée au moteur électrique 51, et une commande 53 destinée à commander le moteur électrique 51 et la transmission 52. La figure 3 est une vue partiellement éclatée en perspective de l'unité de pile à combustible de l'automobile électrique à quatre roues alimentée par pile à combustible selon la présente invention. L'unité de pile à combustible 40 comporte un réservoir 41 des- tiné à stocker du méthanol et de l'eau, une unité de reformage 42 destinée à produite de l'hydrogène à par- tir de méthanol et d'eau alimentés à partir du réser- voir 41, la pile à combustible 43 destinée à provoquer une réaction électrochimique de l'hydrogène produit par l'unité de reformage 42 avec l'oxygène existant dans l'air, une batterie secondaire 44 destinée à stocker l'électricité produite par la pile à combustible 43, un carter 45 recevant le réservoir 41, l'unité de refor- mage 42, la pile à combustible 43, et la batterie se- condaire 44, et le plancher 46 servant également de couvercle placé sur le carter 45. Un bouchon 47 est re- lié au réservoir. Le carter 45 comporte un boîtier de stockage a recevant le réservoir 41, l'unité de reformage 42, la pile à combustible 43, et la batterie secondaire 44, un rebord 45b plié à partir du boîtier de stockage 45a, des trous de fixation 45c définis dans le rebord 45b. Le plancher 46 a un panneau principal 46a ayant des nervures de raidissement 46b formées sur ce- lui-ci et des trous de fixation 46c définis dans le panneau principal 46a. Des vis 48 s'étendent à travers les trous de fixation 45c du carter 45 et les trous de fixation 46c du plancher 46 pour relier le carter 45 et le plancher 46 en un seul bloc avec le cadre de châssis 12. L'unité de pile à combustible 40 est une uni- té qui reçoit le réservoir 41, l'unité de reformage 42, la pile à combustible 43, et la batterie secondaire 44, et leur permet d'être facilement montés sur le châssis 11 (voir figure 1) La mise en oeuvre de l'automobile électrique à quatre roues alimentée par pile à combustible 10 dé- crite ci-dessus va maintenant être décrite. La figure 4 est une vue schématique d'un pre- mier mode de réalisation de l'automobile électrique à quatre roues alimentée par pile à combustible selon la présente invention. L'automobile électrique à quatre roues alimentée par pile à combustible 10 comporte le châssis 11 qui a une forme rectangulaire lorsqu'il est vu de dessus, quatre roues, c'est-à-dire les roues avant 14 et les roues arrière 16, étant positionnées aux quatre coins du châssis 11, le siège conducteur 13 disposé sensiblement centralement sur le châssis 11, le plancher plat 46 monté sur le châssis 11 à l'avant du siège 13,.et le moteur électrique 51 destiné à déplacer l'automobile à quatre roues, et, est selon l'invention, le réservoir 41 est disposé en dessous du plancher 46 pour stocker du méthanol et de l'eau, l'unité de refor- mage 42 est disposée en dessous du plancher 46 pour produire de l'hydrogène à partir de méthanol et d'eau alimentés à partir du réservoir 41, la pile à combusti- ble 43 étant disposée en dessous du plancher 46 pour produire de l'électricité à partir d'une réaction élec- trochimique de l'hydrogène produite par l'unité de re- formage 42 avec l'oxygène de l'air, et la batterie se- condaire étant disposée en dessous du plancher 46 pour stocker l'électricité produite par la pile à combusti- ble 43. L'automobile électrique à quatre roues ali- mentée par pile à combustible 10 est propulsée en ali- mentant du méthanol et de l'eau à partir du réservoir 41 vers l'unité de reformage 42, en produisant de l'hy- drogène à partir de méthanol et d'eau à l'aide de l'unité de reformage 42, en alimentant l'hydrogène vers la pile à combustible 43, en produisant de l'électrici- té à l'aide de la pile à combustible 43, et en alimen- tant l'électricité vers le moteur électrique 51 pour mettre en rotation le moteur électrique 51. Puisque le réservoir 41, l'unité de reformage 42, la pile à combustible 43, et la batterie secondaire 44 sont disposés en dessous du plancher 46, le centre de gravité de l'automobile électrique à quatre roues alimentée par pile à combustible 10 est. abaissé. Du fait que le réservoir 41, l'unité de re- formage 42, la pile à combustible 43 et la batterie se- condaire 44 sont disposés en dessous du plancher 46, les mécanismes destinés à produire l'électricité à par- tir d'air, de méthanol et d'eau sont centralisés. Par conséquent, la fonction consistant à produire de l'électricité à partir d'air, de méthanol et d'eau peut être effectuée dans une unité, et les composants in- cluant le réservoir 41, l'unité de reformage 42, la pile à combustible 43, et la batterie secondaire 44 peuvent être rendus compacts. La figure 5 est une vue schématique d'un se- cond mode de réalisation de l'automobile électrique à quatre roues alimentée par pile à combustible selon la présente invention, et représente un schéma fonctionnel du système de motorisation 30. Dans le système de motorisation 30, du métha- nol (CH30H) et de l'eau (H20) sont envoyés depuis le ré- servoir 41 jusqu'à l'unité de reformage 42 comme indi- qué par la flèche référencée par O, et l'unité de re- formage 42 produit de l'hydrogène (H2). L'hydrogène (H2) produit par l'unité de re- formage 42 est envoyé à la pile à combustible 43 comme indiqué par la flèche référencée par O, et l'oxygène (02) de l'atmosphère est alimenté vers la pile à com- bustible 43 comme indiqué par la flèche référencée par Q, amenant la pile à combustible 43 à produire de l'électricité. De la vapeur d'eau (H20) produite par la pile à combustible 43 et du dioxyde de carbone (CO2) produit par l'unité de reformage 42 et envoyé via la pile à combustible 43 sont évacués, et les gaz d'échappement incluant le dioxyde de carbone (C02) sont réduits par un catalyseur (nonreprésenté). Après ceci, les gaz d'échappement sont évacués à partir du tuyau d'échappe- ment 35 jusqu'à l'atmosphère comme indiqué par la flè- che référencée par . Les gaz produits par la pile à combustible 43 ou l'unité de reformage 42 peuvent con- tenir une petite quantité de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures. Ces gaz sont également réduits par le catalyseur. La circulation de l'électricité va être dé- crite ci-dessous. L'électricité produite par la pile à combus- tible 43 est envoyée au moteur électrique 51 comme in- diqué par la flèche référencée par O, et stockée dans la batterie secondaire 44 comme indiqué par la flèche référencée par . L'électricité est envoyée à partir de la batterie secondaire 44 vers le moteur électrique 51 comme indiqué par la flèche référencée par t. Le système de motorisation 30 comporte la pile à combustible 43 et le moteur électrique 51 qui sont disposés respectivement sur les côtés gauche et droit ou les côtés droit et gauche d'une ligne centrale C qui divise le châssis (voir figure 1) en parties gau- che et droite. Dans l'automobile électrique à quatre roues alimentée par pile à combustible 10 (voir figure 1), il est important de maintenir en équilibre le poids du châssis 11. Le poids du châssis 11 est maintenu en bon équilibre en positionnant la pile à combustible 43 et le moteur électrique 51 respectivement sur les côtés gauche et droit ou les côtés droit et gauche de la li- gne centrale C qui divise le châssis 11 en parties gau- che et droite. Dans le mode de réalisation ci-dessous, l'au- tomobile électrique à quatre roues alimentée par pile à combustible 10 a été décrite comme étant un "buggy", comme représenté sur la figure 1. Cependant, l'automo- bile électrique à quatre roues alimentée par pile à combustible 10 n'est pas limitée à un "buggy", mais peut être une automobile à quatre roues ayant une pile à combustible montée sur celle-ci. La présente invention agencée ainsi et dé- crite ci-dessus procure les effets suivants: Tout d'abord, un réservoir est disposé en dessous du plancher pour stocker du méthanol et de l'eau, une unité de reformage est disposée en dessous du plancher pour produire de l'hydrogène à partir du méthanol et de l'eau envoyés à partir du réservoir, une pile à combustible est disposée en dessous du plancher pour produire de l'électricité à partir d'une réaction électrochimique de l'hydrogène produit par l'unité de reformage avec l'oxygène de l'air, et une batterie se- condaire est disposée en dessous du plancher pour stocker l'électricité produite par la pile à combusti- ble. Par conséquent, les mécanismes pour produire de l'électricité à partir d'air, de méthanol et d'eau sont centralisés. Donc, une fonction qui consiste à produire de l'électricité à partir d'air, de méthanol et d'eau peut être effectuée dans une unité, et les composants incluant le réservoir, l'unité de reformage, la pile à combustible, et la batterie secondaire peuvent être rendus compacts. De plus, la pile à combustible et le moteur électrique sont disposés respectivement sur les côtés gauche et droit ou les côtés droit et gauche d'une li- gne centrale qui divise le châssis en parties droite et gauche. Par conséquent, le poids du châssis est mainte- nu en bon équilibre. REVENDICATIONS 1. Automobile électrique (10) à quatre roues alimentée par pile à combustible, l'automobile compre- nant un châssis (11) de forme rectangulaire en vue de dessus, quatre roues (14, 16) étant positionnées aux quatre coins du châssis (11), un siège conducteur (13) disposé sensiblement centralement sur le châssis (11), un plancher plat (46) monté sur le châssis (11) à l'avant du siège (13), et un moteur électrique (51) destiné à déplacer l'automobile (10) à quatre roues, caractérisée en ce qu'elle comporte un réservoir (41) disposé en dessous du plancher (46) pour stocker du mé- thanol et de l'eau, une unité de reformage (42) dispo- sée en dessous du plancher (46) pour produire de l'hy- drogène à partir de méthanol et d'eau alimentés à par- tir du réservoir, une pile à combustible (43) disposée en dessous du plancher (46) pour produire de l'électri- cité à partir d'une réaction électrochimique de l'hy- drogène produite par l'unité de reformage avec l'oxy- gène de l'air, et une batterie secondaire (44) disposée en dessous du plancher (46) pour stocker l'électricité produite par la pile à combustible (43). 2. Automobile électrique (10) à quatre roues alimentée par pile à combustible selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pile à combustible (43) et le moteur électrique (51) sont disposés respectivement sur les côtés gauche et droit ou les côtés droit et gauche d'une ligne centrale (c) qui divise le châssis en parties gauche et droite.