Brevet FR2815175A1 — publié le 20020412

Dispositif de maintien en température du reformeur du système de traction à pile à combustible d'un véhicule La présente invention concerne les systèmes de traction à pile à combustible des véhicules, notamment automobiles, utilisant un reformeur. Il est connu d'utiliser pour la propulsion des véhicules des moteurs électriques dont l'énergie électrique est fournie par une pile à combustible ; une telle pile est alimentée en hydrogène et en oxygène qui se recombinent en eau en produisant de la chaleur et une tension électrique entre les électrodes. L'avantage de cette source d'énergie par rapport aux batteries électriques est une autonomie supérieure pour un encombrement et un poids moindres. Par rapport aux moteurs à explosion classiques, l'avantage est l'absence de rejets polluants. En revanche, les piles à combustible exigent de l'hydrogène. Son stockage à bord sous une pression de l'ordre de 700 bars est assez dangereux, et de plus nécessite des réservoirs relativement pesants. Aussi une solution généralement adoptée est-elle de fabriquer l'hydrogène sur place à partir d'un carburant facilement stockable dans le véhicule, tel que le méthanol ou l'essence. Le carburant est transformé dans un reformeur qui produit l'hydrogène utilisable dans la pile à combustible. Un des problèmes de ce système est la durée du chauffage du reformeur nécessaire pour lui permettre de transformer le carburant dans de bonnes conditions et de produire de l'hydrogène. Durant cette période de chauffage, la production d'hydrogène pour la pile à combustible n'est pas assurée et de ce fait le système de traction à pile à combustible ne peut pas fonctionner. Plusieurs voies sont alors possibles face à ce problème. . On se contente d'attendre la fin du chauffage du reformeur avant toute utilisation du véhicule, ce qui paraît inacceptable aux utilisateurs surtout dans le cadre d'une utilisation quotidienne. . On prévoit un réservoir tampon d'hydrogène pour alimenter la pile durant le chauffage du reformeur, mais cette solution prévue dans le document WO 0039873 est volumineuse et s'intègre mal dans un véhicule à pile à combustible. . On utilise une source auxiliaire de puissance pour maintenir en température le reformeur. Mais compte tenu de la demande en énergie relativement élevée (par exemple 1,2 kWh pour un maintien en température de 12 heures), les sources classiques, telle qu'une batterie ou une supercapacité, sont mal adaptées. Une batterie suffisamment puissante sera volumineuse et chère. D'autre part, elle doit être rechargée régulièrement et doit être prête, dès le démarrage du véhicule, à répondre à une accélération quelconque, ce qui impose un dimensionnement de la batterie en conséquence. Le but de l'invention est de trouver une solution à ces problèmes et permettre le démarrage immédiat de la pile à combustible de manière simple et dans la plupart des occasions de fonctionnement. L'invention atteint son but grâce à un dispositif de maintien en température du reformeur fournissant l'hydrogène à une pile à combustible alimentant le moteur électrique d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il est constitué par une pile à combustible auxiliaire connectée à des moyens de chauffage électrique du reformeur pour son maintien en température. Des piles à combustibles auxiliaires sont déjà connues par exemple pour tirer parti des gaz encore riches en hydrogène obtenus en sortie de la pile à combustible principale. Dans ce cas, la pile secondaire est disposée en aval de la pile principale et ne peut fonctionner qu'en même temps que celle-ci, ce qui ne résout en rien le problème du démarrage. Avantageusement, la pile auxiliaire de l'invention est de faible puissance. En pratique, pour maintenir en température un reformeur permettant d'alimenter une pile de traction de véhicule d'environ 70kW, il faut environ 100 W de puissance. Cette puissance peut donc être délivrée par une petite pile de faible puissance développée, par exemple, pour des applications portables. Avantageusement, des moyens de temporisation sont prévus pour faire fonctionner la pile auxiliaire pendant un temps prédéterminé après l'arrêt du fonctionnement de la pile principale. On peut en effet considérer que la pile auxiliaire doit pouvoir servir au maintien en température du reformeur pendant un délai prédéterminé de par exemple au moins 12 heures ; passé ce délai, l'utilisateur doit attendre le chauffage du reformeur pour pouvoir utiliser son véhicule. Ce délai de 12 heures correspond à une utilisation quotidienne du véhicule, avec un trajet le matin et un trajet le soir. Pour des déplacements occasionnels, il peut être jugé acceptable pour l'utilisateur d'avoir à attendre le chauffage du reformeur pour pouvoir utiliser son véhicule. La pile peut aussi être prévue avec une puissance légèrement supérieure à la puissance nécessaire au maintien en température du reformeur et être utilisée pour alimenter des organes à faible consommation électriques du véhicule ne nécessitant pas le démarrage et l'utilisation de la pile principale vu les niveaux d'énergie demandés assez faibles. De cette manière, on peut remplacer la batterie du véhicule par la pile auxiliaire, totalement ou en partie. Par exemple, la pile auxiliaire peut être utilisée pour alimenter des applications de type navigation, communication (Internet, téléphonie,...) ne nécessitant pas suffisamment d'énergie pour avoir besoin de démarrer la pile du système de traction. L'hydrogène alimentant la pile auxiliaire peut venir d'un réservoir d'hydrogène auxiliaire ou de préférence être fourni grâce à un carburant classique tel que le méthanol ou l'essence au travers d'un reformeur auxiliaire. Le carburant peut provenir, au travers d'une électrovanne, d'un réservoir de carburant auxiliaire ou du réservoir utilisé pour la pile principale. Dans l'exemple d'une pile de puissance 100 W, la consommation estimée d'essence pour le maintien en température du reformeur principal pendant 12 heures est d'environ 0,27 litre, ce qui est très raisonnable. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et caractéristiques seront mis en évidence à la lecture de la description suivante, se référant à la figure unique représentant un schéma d'installation de la pile auxiliaire conformément à l'invention dans le circuit d'alimentation électrique du moteur électrique d'un véhicule. La figure montre de manière schématique une pile à combustible principale 1 alimentant en énergie électrique un moteur électrique 2 faisant tourner la ou les roues 3 d'un véhicule. L'hydrogène nécessaire à la pile principale 1 est fourni par un reformeur principal 4 destiné à craquer le carburant qu'il reçoit d'un réservoir de carburant principal 5. Le reformeur 4 est réchauffé par une résistance électrique 6 alimentée en courant par la pile à combustible auxiliaire 7. Celle-ci reçoit l'hydrogène nécessaire d'un reformeur auxiliaire 8 qui reçoit le carburant d'un réservoir de carburant auxiliaire par l'intermédiaire de l'électrovanne d'alimentation 9. En variante, le carburant peut provenir du réservoir principal (et alors unique) 5 au moyen d'une dérivation 10. La pile auxiliaire 7 peut, comme représenté, servir d'alimentation auxiliaire 11 des équipements faiblement consommateurs du véhicule. Le fonctionnement de la pile auxiliaire est commandé par des moyens de commande 12 incluant des moyens de temporisation pour faire fonctionner la pile un temps prédéterminé, par exemple de 12 heures, après l'arrêt de la pile principale 1. REVENDICATIONS 1. Dispositif de maintien en température du reformeur (4) fournissant l'hydrogène à une pile à combustible (1) alimentant le moteur électrique (2) d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il est constitué par une pile à combustible auxiliaire (7) connectée à des moyens de chauffage électrique (6) du reformeur (4) pour son maintien en température. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pile à combustible auxiliaire (7) est de faible puissance. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la puissance de la pile à combustible auxiliaire (7) est de l'ordre de 100 W. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pile à combustible auxiliaire (7) alimente aussi des organes à faible consommation électriques du véhicule. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'hydrogène alimentant la pile auxiliaire (7) provient d'un réservoir d'hydrogène auxiliaire. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'hydrogène alimentant la pile auxiliaire (7) provient d'un reformeur auxiliaire (8) alimenté en carburant. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le carburant alimentant le reformeur auxiliaire (8) provient du réservoir de carburant (5) de la pile à combustible principale (1). 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le carburant alimentant le reformeur auxiliaire (8) provient d'un réservoir de carburant (8) auxiliaire. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens de commande (12) à temporisation sont prévus pour faire fonctionner la pile auxiliaire (7) pendant un temps prédéterminé après l'arrêt du fonctionnement de la pile principale (1).