Brevet FR2819760A1 — publié le 20020726

L'invention concerne un procédé de régulation de température d'un habitacle d'un véhicule automobile équipé d'une pile à combustible produisant simultanément une puissance électrique, notamment de propulsion dudit véhicule, et une puissance calorifique, notamment utilisée pour chauffer ledit habitacle. La puissance calorifique est un sous-produit de la production de puissance électrique. Habituellement considérée comme indésirable, elle est généralement évacuée vers l'extérieur du véhicule par l'intermédiaire d'un circuit de refroidissement de la pile. Pour chauffer l'habitacle d'un véhicule, le document JP 6 260 196 fournit un procédé consistant à faire circuler de l'air frais au voisinage d'un aérotherme branché sur le circuit de refroidissement de la pile, de le réchauffer ainsi au moyen de la puissance calorifique de cette dernière, puis de l'injecter dans l'habitacle. Ce procédé permet ainsi de valoriser, au moins en partie, la puissance calorifique de la pile. Or, le rendement d'un système de propulsion à pile à combustible est globalement supérieur à celui d'un véhicule dit thermique, c'est-à-dire équipé d'un moteur thermique. Le rendement représente le rapport entre la puissance transmise aux roues du véhicule et la puissance mise à disposition du système de propulsion. A une puissance transmise aux roues identique, la puissance nécessaire pour la propulsion est donc plus faible pour un véhicule électrique équipé d'une pile à combustible que pour un véhicule thermique. La puissance calorifique résultant de la production de la puissance électrique consommée par le système de propulsion, est donc également plus faible et peut s'avérer insuffisante pour satisfaire les besoins en calories de l'habitacle. En outre, durant les arrêts du véhicule (feux rouges, embouteillages, etc.), la pile peut interrompre sa génération d'énergie ou la maintenir juste au niveau nécessaire pour alimenter les accessoires électriques comme les feux, les essuie-glaces, etc. A la différence d'un véhicule thermique dont le moteur continue à tourner, la production de puissance calorifique est donc sensiblement amoindrie. La durée et la fréquence des arrêts peuvent être telles que la puissance calorifique de la pile ne suffit plus à satisfaire les besoins en calories de l'habitacle. Le déficit de puissance calorifique disponible peut être comblé par des solutions classiquement utilisées dans les véhicules thermiques, comme l'implantation de résistances électriques pour chauffer le liquide de refroidissement. Ces solutions sont coûteuses, notamment à cause de l'implantation d'équipements supplémentaires compliquant l'architecture du véhicule. Le but de la présente invention est de fournir un procédé de régulation de température de l'habitacle d'un véhicule équipé d'une pile à combustible, qui soit peu coûteux. On atteint ce but au moyen d'un procédé de régulation de température de l'habitacle d'un véhicule équipé d'une pile à combustible remarquable en ce que, en cas de besoin en calories dudit habitacle, si la puissance électrique délivrée par ladite pile est inférieure à une puissance de seuil, on augmente alors ladite puissance électrique jusqu'à ladite puissance de seuil. La puissance de seuil est déterminée de manière à entraîner la production d'une puissance calorifique suffisante pour garantir un flux minimal de calories dans l'habitacle. Si la puissance électrique délivrée par ladite pile est inférieure à la puissance de seuil, ce flux minimal n'est pas garanti et l'habitacle ne peut être chauffé de manière satisfaisante. Dans cette situation, l'augmentation de la puissance électrique délivrée par la pile jusqu'à la puissance de seuil, selon une caractéristique de la présente invention, permet de garantir un chauffage satisfaisant de l'habitacle. Cette solution ne nécessite aucun équipement supplémentaire. Elle est donc peu coûteuse. Selon d'autres caractéristiques de la présente invention, - on stocke la puissance électrique produite par ladite pile et non consommée par ledit véhicule dans au moins une batterie, ce qui permet d'optimiser le rendement énergétique global du véhicule, - on fixe ladite puissance de seuil en fonction du débit de calories souhaité dans ledit habitacle, ce qui permet de contrôler la vitesse de montée en température de l'habitacle. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel : - La figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, dans le mode de réalisation préféré ; et - la figure 2 est un logigramme des principales étapes du procédé selon la présente invention, dans le mode de réalisation préféré. On se reporte à présent à la figure 1. Une pile 1 à combustible est montée à bord d'un véhicule afin de produire la puissance électrique dont ce dernier a besoin. On appelle"puissance électrique de la pile 1", la puissance électrique produite par la pile 1, quelle que soit son utilisation. On la note Pelée- La chaîne de propulsion du véhicule consomme l'essentiel de la puissance électrique consommée par le véhicule. Dans la suite de la description, on appelle "puissance électrique du véhicule", la puissance électrique consommée par l'ensemble des organes électriques du véhicule, c'est-à-dire essentiellement la puissance électrique consommée par la chaîne de propulsion. On la note Pveh. Classiquement, pour les véhicules électriques, la puissance électrique de la pile 1, Pélec, est transmise par l'intermédiaire d'un onduleur 3 à un moteur 5 de propulsion. Cette puissance électrique Pelée est également utilisée pour recharger une batterie 6 du véhicule. La coordination entre les besoins de puissance électrique du véhicule, Pvéh, et la puissance électrique produite par la pile 1, Pelées sont gérés par une unité de commande électronique 7. L'unité de commande électronique 7 évalue les besoins en puissance électrique du véhicule, Pvéh, par exemple en fonction de la position d'une pédale 8 d'accélérateur. L'unité de commande électronique 7 peut gérer la distribution de puissance électrique entre les différents consommateurs, notamment l'onduleur 3 et la batterie 6. Un module de gestion 9 de la batterie 6 évalue la capacité de stockage résiduelle de la batterie 6, et, notamment pour protéger la batterie 6 quand elle est complètement chargée, peut empêcher toute arrivée de puissance électrique Pélec en provenance de la pile 1. L'unité de commande électronique 7 peut assurer la fonction de module de gestion 9. La production de la puissance électrique Pélec s'accompagne d'une production de puissance calorifique au moins en partie utilisée pour chauffer un habitacle 10. On note cette puissance calorifique Peal. La production de puissance calorifique Peal évolue dans le même sens que la production de puissance électrique Péri, de la pile 1. Classiquement, la puissance calorifique Peal est évacuée du véhicule par l'intermédiaire d'un circuit de refroidissement 11 comportant un réseau de conduites 12 dans lequel circule un liquide de refroidissement, une pompe 14 assurant cette circulation, un radiateur 16 destiné à évacuer au moins une partie des calories transportées par le liquide de refroidissement vers l'extérieur, et un échangeur thermique 18 destiné à évacuer au moins une partie des calories produites par la pile 1 vers le liquide de refroidissement. L'échangeur thermique 18 peut être la pile 1 ellemême. Dans le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, un aérotherme 20 est monté, par exemple en parallèle avec le radiateur 16, sur le circuit de refroidissement 11 de la pile 1. La répartition du liquide de refroidissement entre l'aérotherme 20 et le radiateur 16 peut être modifiée, par exemple au moyen d'une vanne à trois voies 26. L'unité de commande électronique 7 détecte l'existence d'un besoin calorifique de l'habitacle 10, par l'analyse d'informations fournies, par exemple par un potentiomètre 28 permettant à un utilisateur de fixer une température de consigne dans l'habitacle 10 et par un capteur de température 30 disposé dans l'habitacle 10. La régulation thermique est gérée par l'unité de commande électronique 7, comme cela est indiqué plus en détail ci-dessous. La figure 2 illustre les principales étapes du procédé selon la présente invention. Dans l'étape (a), les besoins en calories de l'habitacle 10 sont détectés par l'unité de commande électronique 7. Par exemple l'unité de commande électronique peut détecter que la température demandée dans l'habitacle 10 au moyen du potentiomètre 28, représenté sur la figure 1, ne correspond pas à la température mesurée dans l'habitacle 10 par le capteur de température 30, également représenté sur la figure 1. En cas de besoin de calories, une alternative se présente. Si la puissance électrique Pélec de la pile 1 dépasse une puissance de seuil notée Pseuil, c'est-à-dire généralement que le véhicule roule au-delà d'une certaine vitesse, alors la puissance calorifique Peal disponible et partiellement transférée à l'habitacle 10 par l'intermédiaire de l'échangeur thermique 18, du liquide de refroidissement, de l'aérotherme 20 et de l'air de chauffage suffit à couvrir les besoins en calories de l'habitacle 10. L'unité de commande électronique 7 commande alors la vanne à trois voies 26 de manière à faire passer le liquide de refroidissement à travers l'aérotherme 20 et à arrêter sa circulation à travers le radiateur 16 (étape (b) ). Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'unité de commande électronique 7 régule précisément la vanne à trois voies 26 de manière à ajuster le débit de liquide de refroidissement à travers l'aérotherme 20 en fonction de la vitesse de chauffage de l'habitacle 10 souhaitée. Si l'habitacle 10 doit être chauffé très rapidement, le débit du liquide de refroidissement dans l'aérotherme 20 sera élevé. Il pourra augmenter jusqu'à ce que tout le liquide de refroidissement passe à travers l'aérotherme 20, aucun surplus de puissance calorifique n'étant plus évacué vers l'extérieur à travers le radiateur 16. On pourra également augmenter le débit d'air traversant l'aérotherme 20. La puissance électrique Peel, de la pile 1 est réglée pour ne produire que la puissance électrique nécessaire pour satisfaire les besoins en puissance électrique Pvéh du véhicule, c'est-à-dire que Pelée = Pvéh (étape (c) ), la puissance calorifique Peal produite par la pile 1 dans ces conditions étant suffisante pour couvrir les besoins calorifiques nécessaires au chauffage de l'habitacle 10. Si la puissance électrique de la pile 1, Pelées est inférieure à la puissance de seuil, Pseuil, par exemple parce que le véhicule est dans un embouteillage et s'arrête régulièrement, la puissance électrique de la pile 1, Pelées est augmentée au-delà des seuls besoins en puissance électrique Pvéh du véhicule (étape (d) ) jusqu'à la puissance de seuil Pseuil. La puissance de seuil Pseuil est déterminée de manière à garantir un débit de calories minimal dans l'habitacle 10, c'est-à-dire suffisant pour dépasser les pertes calorifiques de l'habitacle 10 et donc pour augmenter sa température. Il est fixé en fonction des propriétés thermiques de l'habitacle 10. Cette caractéristique importante de la présente invention permet de garantir un confort thermique dans l'habitacle 10 en toutes situations. Dans ces conditions, la puissance électrique produite par la pile 1, Pelées dépasse la puissance consommée par le véhicule, Pvéh. Le surplus de puissance électrique, Psur (= Pélec-Pvéh = Pseull-Pvéh) est, selon le mode de réalisation préféré de l'invention, stocké dans la batterie 6 (étape (e)). La batterie 6 se décharge régulièrement, par exemple pour satisfaire les besoins de propulsion du véhicule, et doit être rechargée par la pile 1. L'utilisation du surplus de puissance Psur pour ce rechargement limite la production spécifique de puissance électrique dans ce but, et donc la production globale de puissance électrique. Le module de gestion 9, représenté sur la figure 1, peut contenir un moyen de gestion énergétique de la charge de la batterie 6, par exemple un programme informatique, afin de minimiser les périodes de pleine charge de la batterie 6. Pendant ces périodes, le surplus de puissance électrique, Psurr ne peut plus en effet être stocké dans la batterie 6 et est perdu. Les périodes de surproduction de puissance électrique par la pile 1 n'étant pas prévisibles, il est utile de disposer d'une bonne capacité de stockage d'énergie électrique, par exemple en montant une pluralité de batteries en parallèle. Dès que les besoins en calories dans l'habitacle 10 sont satisfaits, la puissance électrique produite par la pile 1, Pélecy se limite à la puissance électrique consommée par le véhicule, Pvéh (étape (f) ). Cette dernière puissance, correspondant sensiblement à la puissance électrique nécessaire à la propulsion du véhicule, peut être, en première approximation, évaluée par l'unité de commande électronique 7 en fonction de la position de la pédale 8 d'accélérateur. L'unité de commande électronique 7 reçoit au moins les informations relatives aux besoins de puissances calorifique et électrique et régule en conséquence, selon la logique décrite ci-dessus, au moins le régime de la pile 1, la position de la vanne à trois voies 26 et le débit d'air à travers l'aérotherme 20. L'unité de commande électronique 7 permet ainsi de contrôler précisément la régulation des températures de l'air de chauffage et, indirectement, de l'habitacle 10. En cas de besoins calorifiques dans l'habitacle 10, la puissance électrique produite par la pile 1, Pelée, est donc toujours au moins égale à la puissance de seuil, Pseuil, ce qui permet de garantir en toutes circonstances un débit de calories minimal suffisant pour faire monter la température dans l'habitacle 10 dans une durée estimée raisonnable. Le débit de calories minimal est déterminé par la puissance de seuil Pseuil. En augmentant Pseuil, on augmente le débit de calories garanti. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, la puissance de seuil Pseuil est variable afin de pouvoir fixer, au-delà de la seule garantie de montée en température de l'habitacle 10, la vitesse de cette montée en température. L'unité de commande électronique 7 règle alors, en fonction de la vitesse de montée en température qui lui est assignée, la puissance de seuil Pseuil. Comme cela apparaît clairement à présent, le procédé de régulation de température de l'habitacle 10 ne nécessite pas de montage dans le véhicule d'équipements particuliers, comme des résistances chauffant le liquide de refroidissement. Ce procédé s'avère peu coûteux. En outre, l'architecture du véhicule n'est pas complexifiée par l'installation dans le véhicule d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Enfin, les pertes d'énergie électrique sont limitées par le stockage, dans une ou plusieurs batteries, de l'énergie électrique produite en surplus, l'énergie stockée étant utilisée ultérieurement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au procédé décrit fourni à titre d'exemple illustratif et non limitatif. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de température d'un habitacle (10) d'un véhicule automobile équipé d'une pile (1) à combustible produisant simultanément une puissance électrique, notamment de propulsion dudit véhicule, et une puissance calorifique, notamment utilisée pour chauffer ledit habitacle (10), caractérisé en ce que, en cas de besoin en calories dudit habitacle (10), si la puissance électrique (Pélec) délivrée par ladite pile (1) est inférieure à une puissance de seuil (Pseuil) on augmente alors ladite puissance électrique (Pélec) jusqu'à ladite puissance de seuil (Pseuil). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on stocke ladite puissance électrique (Psur) produite par ladite pile (1) et non consommée par ledit véhicule dans au moins une batterie (6). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on fixe ladite puissance de seuil (Pseuil) en fonction du débit de calories souhaité dans ledit habitacle (10).