Brevet FR2874135A1 — publié le 20060210

Procédé de charge d'une batterie pour véhicule automobile et dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé La présente invention concerne un procédé de recharge d'une batterie pour véhicule automobile, ainsi qu'un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé. Dans un véhicule automobile, le réseau électrique permettant l'alimentation de nombreux dispositifs électriques est constitué par la mise en parallèle d'un alternateur et d'une batterie. Le rôle principal de la batterie dans un tel système est d'assurer le démarrage du moteur. Une fois que le moteur a démarré, l'alternateur tourne et peut délivrer le courant requis par les différents dispositifs électriques du véhicule. Toutefois, la puissance pouvant être délivrée par l'alternateur dépend de sa vitesse de rotation et donc du régime de fonctionnement du moteur. Autrement dit, pour une faible rotation du moteur, l'alternateur ne peut délivrer qu'une puissance limitée. Aussi, certaines conditions de roulage, à vitesse faible, peuvent amener la batterie à être en état de dévers, c'est-à-dire que du courant est prélevé de la batterie. Ceci est typiquement le cas lors d'un fonctionnement du véhicule en ville, lorsqu'il y a beaucoup de circulation, avec de nombreuses phases de ralenti, avec une consommation électrique importante due à l'enclenchement de dispositifs électriques nombreux et gourmands en électricité, tels que les lumières, le groupe moto-ventilateur (GMV), l'autoradio, les sièges chauffants. La batterie du véhicule doit alors fournir la puissance électrique complémentaire que l'alternateur ne peut délivrer. Si cette situation de décharge de la batterie se répète plusieurs fois et qu'elle n'est pas suivie d'une recharge suffisante par l'alternateur, la batterie pourra ne plus être en mesure d'assurer le démarrage du moteur, notamment dans des conditions difficiles, comme par exemple les cas de faible température ambiante. Un autre cas de décharge de la batterie se produit lorsque la batterie se décharge lentement lors d'un stationnement prolongé du véhicule. En effet, un certain nombre de dispositifs électriques du véhicule, appelés consommateurs permanents, comme les calculateurs, l'horloge, les systèmes anti-vol, prélèvent en permanence un très faible courant qui finit par décharger la batterie du véhicule si celui-ci reste trop longtemps stationné, par exemple pour des périodes supérieures à un mois, et donc sans recharge possible de la batterie par l'alternateur. Les alternateurs sont actuellement dimensionnés de telle sorte que les cas de dévers de la batterie sont peu fréquents. Cependant, un tel dimensionnement ne peut garantir un bon état de charge de la batterie en toutes circonstances. Dans le cas de la décharge lente de la batterie par les consommateurs permanents lors d'un stationnement prolongé du véhicule, notamment lors d'un départ en vacances, il est connu de limiter fortement la consommation de ces consommateurs permanents. Toutefois, cela peut être contraignant étant donné le nombre croissant de calculateurs dans les véhicules automobiles. Il apparaît ainsi nécessaire de développer un procédé de charge de la batterie qui permette de remédier à ces inconvénients. La demanderesse vient de découvrir, de façon surprenante, que la charge de la batterie à partir d'une pile à combustible destinée à alimenter des dispositifs électriques du véhicule, la charge étant effectuée à partir de la pile à combustible, lorsque le moteur du véhicule automobile est à l'arrêt, permettait de garantir un état de charge satisfaisant de la batterie, ainsi qu'un démarrage du moteur aisé. Elle a également constaté que ce procédé permettait de recharger la batterie sans augmenter la puissance du dispositif à pile à combustible pour réaliser cette recharge, et donc sans augmenter ses dimensions. Enfin, elle a constaté que ce procédé de recharge était particulièrement peu polluant. La présente invention a ainsi pour objet un procédé de charge électrique d'une batterie pour véhicule automobile, à partir d'une pile à combustible destinée à alimenter des dispositifs électriques du véhicule. Dans le procédé, la charge est effectuée à partir de la pile à combustible, lorsque le moteur du véhicule automobile est à l'arrêt. Un autre objet de l'invention porte sur un dispositif de charge électrique pour batterie de véhicule automobile permettant la mise en oeuvre du procédé. D'autres caractéristiques, aspects, objets et avantages de l'invention apparaîtront encore plus clairement à la lecture de la description et des exemples qui suivent. Le procédé de charge électrique d'une batterie pour véhicule automobile selon l'invention est caractérisé en ce que la charge est effectuée à partir d'une pile à combustible destinée à alimenter des dispositifs électriques du véhicule, lorsque le moteur du véhicule automobile est à l'arrêt. Par dispositifs électriques du véhicule au sens de l'invention, on entend les organes électriques dont l'alimentation est prise en charge par la pile à combustible. Le procédé selon l'invention réalise la recharge de la batterie à l'aide d'une pile à combustible. La pile à combustible apparaît de plus en plus comme le convertisseur d'énergie le plus propre et le plus efficace pour convertir l'énergie chimique en une énergie directement utilisable sous forme électrique et thermique. Son principe de fonctionnement est similaire à celui d'une pile conventionnelle, à savoir un oxydant et un réducteur séparés par un électrolyte. En particulier, il s'agit d'une combustion électrochimique et contrôlée d'hydrogène et d'oxygène, avec production simultanée d'électricité, d'eau et de chaleur, selon la réaction chimique: H2 + 1/2 02 > H2O. Cette réaction s'opère au sein d'une structure essentiellement composée de deux électrodes, l'anode et la cathode, séparées par un électrolyte: c'est la réaction inverse de l'électrolyse de l'eau. Toutefois, alors que dans une batterie conventionnelle, l'oxydant et le réducteur sont progressivement consommés, une pile à combustible est alimentée continuellement en ces deux composés, qui sont généralement introduits sous forme gazeuse, parfois liquide. Ce principe de fonctionnement peut être appliqué dans différents types de piles, en fonction des applications envisageables. La pile à combustible utilisée pour la charge de la batterie est une pile à combustible destinée à alimenter en électricité des équipements électriques du véhicule. Cette pile est utilisée pour alimenter en électricité des équipements tels que la climatisation, l'autoradio, la lumière, lors du fonctionnement du moteur. Dans le procédé selon l'invention, la pile à combustible est également reliée à la batterie du véhicule, et la charge a lieu lorsque le moteur est à l'arrêt. De préférence, la charge est effectuée lorsque les dispositifs électriques du véhicule ne sont pas utilisés. De préférence, la charge de la batterie se produit lorsque le véhicule est à l'arrêt, et encore de préférence, lorsque les portes du véhicule sont verrouillées, et que le contact est éteint, afin de limiter au maximum la demande en électricité des équipements électriques du véhicule. Dans ce cas, seule la batterie du véhicule peut solliciter la pile à combustible pour une éventuelle recharge. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le procédé comprend les étapes successives suivantes: a) mesure du niveau de charge N de la batterie, le niveau de charge N étant comparé lors de la mesure avec un niveau de charge inférieur Ni et avec un niveau de charge supérieur Ns, b) répétition de l'étape a) tant que N>Ni, c) charge de la batterie lorsque N _Ns, d) arrêt de la charge lorsque N>_Ns. Les étapes a) à d) peuvent être répétées, de préférence pendant toute la durée d'arrêt du moteur. Elles peuvent également être répétées à intervalles de temps réguliers ou non, pendant tout ou partie de la durée d'arrêt du moteur. Ni peut être choisi entre 68 et 72 de la charge maximale de la batterie. De préférence, Ni est égal à 70% de la charge maximale de la batterie. Ns peut être choisi entre 78 et 82 de la charge maximale de la batterie. De préférence, Ns est égal à 80% de la charge maximale de la batterie. L'intervalle de temps entre deux mesures selon l'étape a) peut être compris entre 2 et 6 heures. Le dispositif de charge électrique pour batterie de véhicule automobile selon l'invention comprend un dispositif à pile à combustible comprenant une pile à combustible formée d'une anode et d'une cathode, la cathode étant alimentée en air à son entrée par un dispositif d'alimentation en air, l'anode étant alimentée en hydrogène par un reformeur destiné à convertir un carburant provenant d'un réservoir de carburant, typiquement le réservoir de carburant du véhicule, en un mélange gazeux comprenant de l'hydrogène, la pile à combustible étant reliée à des dispositifs électriques du véhicule, ainsi qu'à la batterie du véhicule via un convertisseur de tension et un interrupteur. Le dispositif comprend un capteur de charge de la batterie relié à un dispositif de commande relié au dispositif à pile à combustible et à l'interrupteur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif du procédé selon l'invention et illustré par la figure annexée qui montre de manière schématique un dispositif de charge électrique pour batterie de véhicule automobile selon l'invention. La figure montre un dispositif à pile à combustible 1 destiné à alimenter en électricité, à l'aide d'une pile à combustible 2, des dispositifs électriques 11 du véhicule, ainsi qu'une batterie de véhicule automobile 12. La pile à combustible 2 est reliée à la batterie 12 via un convertisseur de tension 13, assurant la compatibilité des tensions entre la batterie 12 et la pile à combustible 2, et un interrupteur 14. Un capteur de charge 15 est relié à la batterie 12 et à un dispositif de commande 16, le dispositif de commande 16 étant également relié au dispositif à pile à combustible 1 ainsi qu'à l'interrupteur 14. La pile à combustible 2 est munie d'une anode 3 et d'une cathode 4. L'anode 3 est alimentée en hydrogène à partir d'un reformeur 5 permettant de produire de l'hydrogène à partir de carburant fourni par un réservoir de carburant 6, typiquement le réservoir de carburant du véhicule. Pour être opérationnel, le reformeur 5 est de préférence préalablement chauffé à l'aide d'un brûleur 7 pouvant être relié au réservoir 6. Les gaz chauds produits par le brûleur 7 permettent de chauffer le reformeur 5 par l'intermédiaire d'un échangeur thermique 8a. Le brûleur 7 est alimenté en carburant par le réservoir 6. L'hydrogène excédentaire issu de l'anode 3 est acheminé vers le brûleur 7. La cathode 4 est alimentée en air par un dispositif d'alimentation en air constitué d'un moteur 8, d'un compresseur 9 et d'une batterie 10 dédiée au dispositif à pile à combustible. Le dispositif d'alimentation en air alimente également le brûleur 7. Ainsi, le capteur de charge 15 relié à la batterie 12 permet à tout moment de connaître le niveau de charge N de la batterie 12. Grâce au dispositif de commande 16, l'interrupteur 14 pourra être commandé de façon à relier électriquement le dispositif à pile à combustible 1 à la batterie 12, auquel cas la charge de la batterie est effectuée, ou de façon à interrompre la liaison entre le dispositif à pile à combustible 1 à la batterie 12, auquel cas la charge de la batterie est arrêtée. Le dispositif de commande 16 agit donc à la fois sur l'interrupteur 14 et sur le dispositif à pile à combustible 1. Il peut ordonner à l'interrupteur 14 d'être en position ouverte ou fermée, et il peut ordonner au dispositif à pile à combustible 1 d'être en fonctionnement, c'est-à-dire que le brûleur 7, l'alimentation de la cathode 4 en air et l'alimentation en carburant du reformeur 5 sont enclenchés, ou d'être éteint. On peut alors distinguer deux modes de réalisation du procédé selon l'invention. Le premier mode de réalisation concerne le cas de la recharge de la batterie 12 juste après que le conducteur a quitté et verrouillé son véhicule. Le deuxième mode de réalisation concerne le cas de la recharge de la batterie au cours d'un stationnement prolongé du véhicule. Dans le premier mode de réalisation, qui concerne le cas où la batterie a pu se décharger du fait de conditions de roulages au ralenti, le dispositif à pile à combustible 1 est maintenu en fonctionnement après le stationnement du véhicule. Si le capteur 15 indique que le niveau de charge N de la batterie 12 est inférieur ou égal à Ni, le dispositif de commande 16 agit sur l'interrupteur 14 de façon à charger la batterie 12. Lorsque le niveau de charge de la batterie atteint la valeur Ns, le dispositif de commande 16 agit sur l'interrupteur 14 de façon à arrêter la charge, ainsi que sur le dispositif à pile à combustible 1 pour l'éteindre. Le procédé peut ensuite être poursuivi en réitérant les mesures de niveau de charge à intervalles de temps réguliers. Dans le deuxième mode de réalisation, le dispositif de commande 16 est programmé de façon à mesurer le niveau de charge N de la batterie à intervalles de temps régulier, par exemple à une période T comprise entre 2 heures et 6 heures. Tant que le capteur 15 indique que le niveau de charge N est supérieur à Ni, le dispositif de commande 16 n'intervient pas. En revanche, dès que le capteur 15 indique que N est inférieur ou égal à Ni, le dispositif de commande 16 agit de façon à mettre en fonctionnement le dispositif à pile à combustible 1 et il agit sur l'interrupteur 14 pour assurer la liaison électrique entre le dispositif à pile à combustible 1 et la batterie 12. A partir de ce moment, la valeur de charge N de la batterie 12 est mesurée en continu. Lorsque le niveau de charge de la batterie atteint la valeur Ns, le dispositif de commande 16 agit sur l'interrupteur 14 de façon à arrêter la charge, ainsi que sur le dispositif à pile à combustible 1 pour l'éteindre. Le procédé peut ensuite être poursuivi en réitérant les mesures de niveau de charge à intervalles de temps réguliers. Le procédé de charge selon l'invention permet ainsi de garantir un bon niveau de charge de la batterie en toutes circonstances. Les situations de circulation au ralenti mettant la batterie en dévers sont couverts par le procédé. Le procédé permet également de remédier aux cas de stationnements prolongés entraînant une décharge lente de la batterie par les consommateurs permanents. Les très faibles émissions polluantes du dispositif de charge selon l'invention permettent la recharge de la batterie même si le véhicule est stationné dans un parking clos. Le procédé selon l'invention dissocie la recharge de la batterie de l'alimentation des équipements électriques du véhicule par la pile à combustible. Ceci a pour avantage de garder un dispositif de pile à combustible compact. Le dispositif à pile à combustible présenterait un volume plus important s'il devait alimenter pendant le fonctionnement du moteur à la fois les équipements électriques et la batterie, car la puissance exigée du dispositif pile à combustible serait plus importante. De plus, aux fortes puissances, le rendement d'un dispositif à pile à combustible chute. Ainsi, une recharge de la batterie pendant que la pile à combustible alimente les dispositifs électriques pourrait amener la pile à combustible à fonctionner à pleine charge et donc à des rendements moins favorables. Lorsque le moteur est à l'arrêt et que les dispositifs électriques sont éteints, la pile à combustible ne délivre que la puissance nécessaire à la recharge de la batterie. Cette puissance représente environ au maximum la moitié de la puissance de la pile à combustible, et donc le fonctionnement de la pile ne se fait pas sur les points de rendement faibles. REVENDICATIONS 1. Procédé de charge électrique d'une batterie pour véhicule automobile, caractérisé en ce que la charge est effectuée à partir d'une pile à combustible destinée à alimenter des dispositifs électriques du véhicule, lorsque le moteur du véhicule automobile est à l'arrêt. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge est effectuée lorsque les dispositifs électriques du véhicule ne sont pas utilisés. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes: a) mesure du niveau de charge N de la batterie, le niveau de charge N étant comparé lors de la mesure avec un niveau de charge inférieur Ni et avec un niveau de charge supérieur Ns, b) répétition de l'étape a) tant que N>Ni, c) charge de la batterie lorsque N _Ns, d) arrêt de la charge lorsque N>_Ns. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les étapes a) à d) sont répétées. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que Ni est égal à 70% de la charge maximale de la batterie. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que Ns est égal à 80% de la charge maximale de la batterie. 7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'intervalle de temps entre deux mesures selon l'étape a) est compris entre 2 et 6 heures. 8. Dispositif de charge électrique pour batterie de véhicule automobile (12) comprenant un dispositif à pile à combustible (1) comprenant une pile à combustible (2) formée d'une anode (3) et d'une cathode (4), la cathode (4) étant alimentée en air à son entrée par un dispositif d'alimentation en air, l'anode (3) étant alimentée en hydrogène par un reformeur (5) destiné à convertir un carburant provenant d'un réservoir de carburant (6) en un mélange gazeux comprenant de l'hydrogène, la pile à combustible (2) étant reliée à des dispositifs électriques du véhicule (11), ainsi qu'à la batterie (12) via un convertisseur de tension (13) et un interrupteur (14), caractérisé en ce que le dispositif de charge électrique comprend un capteur de charge (15) de la batterie (12) relié à un dispositif de commande (16) qui est relié au dispositif à pile à combustible (1) et à l'interrupteur (14).