Brevet FR2884357A1 — publié le 20061013

Dispositif de production d'électricité embarqué à bord d'un véhicule automobile incluant un reformeur de carburant 5 L'invention concerne les piles à combustible et plus particulièrement un dispositif de gestion des alimentations en hydrogène d'un système pile à combustible incluant un reformeur io de carburant. Le générateur d'électricité, ou module de puissance , selon l'invention est en effet destiné à une mise en oeuvre dans un véhicule automobile pour alimenter les consommateurs électriques du véhicule, en particulier un moteur électrique de traction. Dans cette application, le reformeur de carburant doit pouvoir alimenter la pile à combustible en hydrogène. Or, lors de la phase de démarrage de la pile à combustible, le reformat produit par le reformeur ne contient pas d'hydrogène en quantité suffisante pour assurer le bon fonctionnement de la pile. De même, lors d'un disfonctionnement de la pile à combustible, toute demande en énergie électrique est supprimée et le reformat produit par le reformeur traverse la pile sans être consommé. De plus, le brûleur classiquement utilisé pour réduire le reformat appauvri issu de la pile fonctionnant normalement, n'est pas dimensionné pour brûler une telle quantité de reformat. Dans ces deux configurations de fonctionnement, les flux respectifs de reformat doivent être dérivés de la pile à combustible pour ne pas la détériorer ou pour respecter les sollicitations qu'elle subit. Le dispositif de gestion des alimentations en hydrogène de la pile à combustible doit pouvoir satisfaire aux exigences de ces deux contraintes en proposant une architecture permettant de valoriser les flux issus du reformeur ou que la pile ne peut consommer. Un des buts de la présente invention est de fournir un dispositif de gestion amélioré des alimentations en hydrogène d'une pile à combustible comportant des moyens de valorisation de ces flux. Selon l'invention, on atteint ce but au moyen d'un dispositif de production d'électricité embarqué à bord d'un véhicule automobile comprenant un moyen de génération d'hydrogène à io partir d'un autre carburant, une pile à combustible constituée d'une anode et d'une cathode, la dite pile générant une puissance électrique audit véhicule à partir dudit hydrogène et d'un comburant, un premier organe de distribution de fluide intercalé entre le moyen de génération d'hydrogène et l'anode, ledit organe is distribuant l'hydrogène à la pile ou à un brûleur principal en fonction de la consigne de pilotage reçue d'un organe de commande. Le dispositif selon l'invention est remarquable en ce que l'organe de commande pilote un deuxième organe de distribution de fluide qui est intercalé entre l'anode et le brûleur principal et qui oriente le flux anodique soit vers le brûleur principal, soit vers un brûleur auxiliaire. Un des avantages de la présente invention est d'intégrer un brûleur auxiliaire de puissance thermique supérieure destiné à brûler tout le flux anodique non consommé lorsque la pile subit un disfonctionnement. Le pilotage des vannes multivoies en fonction des consignes de pilotage du dispositif permet d'orienter les flux de reformat produit par le reformeur de façon à le réutiliser lorsqu'il n'est pas consommé par la pile. Selon d'autre caractéristiques du dispositif de production d'électricité : - le brûleur auxiliaire est de puissance thermique supérieure au brûleur principal de façon à brûler le reformat issu de la pile, par exemple en cas de disfonctionnement de celle-ci, - les organes de distribution de fluide sont des vannes multivoies qui sont pilotées par l'organe de commande, - le moyen de génération d'hydrogène est un reformeur destiné à produire de l'hydrogène à partir d'un carburant pour 5 alimenter la pile à combustible, - l'organe de commande est adapté pour piloter la première vanne multivoies qui oriente le flux issu du reformeur vers le brûleur principal pendant la phase de démarrage dudit reformeur, - l'organe de commande est adapté pour piloter la io deuxième vanne multivoies qui oriente le flux issu de l'anode vers le brûleur auxiliaire pendant les phases de disfonctionnement de pile à combustible, et - l'organe de commande est adapté pour émettre la consigne de pilotage en direction des vannes multivoies lorsque le reformeur est en phase de démarrage, lorsque la pile est en phase de disfonctionnement ou lorsque ces deux phases se cumulent. La présente invention s'applique en outre à un véhicule comprenant une telle installation de production d'électricité. La présente invention sera mieux comprise à travers l'étude d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue schématique du dispositif de production d'électricité dans lequel un brûleur auxiliaire supplémentaire est utilisé pour convertir le reformat non consommé par la pile en énergie thermique. Comme représenté sur la figure 1, un générateur d'électricité 1 monté dans un véhicule comporte une pile à combustible 3, par exemple de type PEMFC, alimentée en carburant et en air, source d'oxygène, par l'intermédiaire de canalisations 11 et 12 respectivement. La pile à combustible comporte des compartiments anodique 4 et cathodique 5 et est connectée électriquement à une batterie de stockage non représentée. Dans la pile à combustible 3, le carburant est partiellement converti par une réaction électrochimique afin de fournir de l'électricité à des consommateurs électriques du véhicule et / ou de la batterie. Le circuit d'alimentation en air comporte une canalisation 12 dans laquelle est insérée un compresseur entraîné par un moteur électrique 14. Le moteur électrique 14 est connecté électriquement à la batterie. Le carburant, classiquement de l'hydrogène, est produit dans un réacteur autothermal, dit ATR ou reformeur 2, par to reformage d'un carburant primaire tel que de l'essence, du diesel, du naphta, de l'alcool, un ester ou un hydrocarbure, en présence d'air et de vapeur d'eau. Le reformeur 2 est alimenté en air comprimé par le compresseur 13 par l'intermédiaire d'une canalisation 15, alimenté en carburant primaire depuis un réservoir 16 par l'intermédiaire d'une canalisation 17, et alimenté en eau sous forme de vapeur depuis un réservoir d'eau non représenté. Un brûleur principal 7 est prévu pour chauffer les réactifs, c'est-à-dire le carburant primaire, l'eau et l'air, destinés au reformeur 2. Le brûleur principal 7 est d'une part alimenté en hydrogène résiduel, c'est- à-dire non consommé par la pile à combustible 3 par l'intermédiaire d'une canalisation 18. D'autre part, le brûleur principal 7 est alimenté en hydrogène appauvri, c'est-à-dire en reformat insuffisamment riche en hydrogène pour alimenté la pile 3, par l'intermédiaire d'une canalisation 19. Une canalisation 11 connecte le reformeur 2 et la pile à combustible 3 de manière que le reformat sortant du reformeur 2, riche en hydrogène, est injecté, après refroidissement éventuel, dans le compartiment anodique 4. Les canalisations 11 et 18 comportent respectivement des vannes multivoies 6 et 9 qui sont destinées à orienter le flux d'hydrogène en fonction des phases de fonctionnement du dispositif de production d'électricité. Pendant la phase de démarrage du reformeur 2, le reformat qu'il produit n'est pas de qualité suffisante pour qu'il puisse alimenter la pile à combustible 3. Ce reformat appauvri est détourné de la pile 3 pour ne pas la détériorer, par l'intermédiaire de la vanne multivoies 6 en direction du brûleur principal 7. Un organe de commande 8 pilote la vanne 6 en fonction de la consigne de commande qu'il reçoit et qui est déterminée en fonction des phases de fonctionnement du système. Ainsi, lorsque le reformeur 2 atteint sa phase de fonctionnement normal en io produit un reformat riche en hydrogène, l'organe de commande 8 actionne la vanne 6 de façon à ce que tout le flux de reformat issu du reformeur 2 alimente la pile 3. Pendant des phases de disfonctionnement de la pile à combustible 3, celleci ne peut produire de courant électrique et ne consomme plus le reformat produit par le reformeur 2. Pendant cette phase, le reformat traverse la pile 3 sans être transformé et sort dans la canalisation 18. Celle-ci comporte une seconde vanne multivoies 9 qui permet d'orienter le flux anodique vers un brûleur auxiliaire 10 qui réduit le reformat non consommé par la pile. De même que la vanne 6, la vanne 9 est pilotée par l'organe de commande 8 en fonction des phases de fonctionnement de la pile 3. Le brûleur auxiliaire 10 est de puissance thermique supérieure à celle du brûleur principal 7. En effet, le brûleur principal 7 est classiquement dimensionné à la hauteur du tiers de la puissance thermique maximale fournie par le reformeur 2 à pleine puissance. La pile à combustible 3 fonctionne avec une stoechiométrie anodique de 1,3 ce qui implique qu'au maximum un tiers de l'hydrogène fourni par le reformeur 2 dans le reformat n'est pas utilisé dans la pile 3 et est brûlé dans le reformeur principal 7. Dans le cas d'un disfonctionnement de la pile 3, la totalité du flux de reformat est à brûler et le reformeur principal 7 n'est pas dimensionné pour répondre à une telle sollicitation. Au cours d'un fonctionnement normal de la pile à combustible 3, le reformat est consommé normalement et l'organe de commande 8 pilote la vanne multivoies 9 de façon à orienter le flux de reformat appauvri vers le reformeur principal 7. Un tel dispositif de gestion des alimentations en hydrogène de la pile à combustible 3 permet de préserver le bon fonctionnement de l'ensemble du dispositif et de revaloriser la production du reformeur. En effet, les brûleurs 7 et 10 utilisent l'énergie thermique de la combustion du reformat pour chauffer le io reformeur ou tout autre organe embarqué dans le véhicule nécessitant des calories. REVENDICATIONS 1. Dispositif de production d'électricité (1) embarqué à bord d'un véhicule automobile comprenant un moyen de génération d'hydrogène (2) à partir d'un autre carburant, une pile à combustible (3) constituée d'une anode (4) et d'une cathode (5), la dite pile (2) générant une puissance électrique audit véhicule à partir dudit hydrogène et d'un comburant, un premier organe de distribution de fluide (6) intercalé entre le moyen de génération d'hydrogène (2) et l'anode (4), ledit organe (6) distribuant l'hydrogène à la pile (3) ou à un brûleur principal (7) en fonction de la consigne de pilotage reçue d'un organe de commande (8), caractérisé en ce que ledit organe de commande (8) pilote un deuxième organe de distribution de fluide (9) qui est intercalé entre l'anode (4) et le brûleur principal (7) et qui oriente le flux anodique soit vers le brûleur principal (7), soit vers un brûleur auxiliaire (10). 2. Dispositif de production d'électricité (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le brûleur auxiliaire (10) est de puissance thermique supérieure au brûleur principal (7) de façon à brûler le reformat issu de la pile (3), par exemple en cas de disfonctionnement de celle-ci. 3. Dispositif de production d'électricité (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les organes de distribution de fluide (6, 9) sont des vannes multivoies qui sont pilotées par l'organe de commande (8). 4. Dispositif de production d'électricité (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de génération d'hydrogène (2) est un reformeur destiné à produire de l'hydrogène à partir d'un carburant pour alimenter la pile à combustible (3). 5. Dispositif de production d'électricité (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de commande (8) est adapté pour piloter la première vanne multivoies (6) qui oriente le flux issu du reformeur (2) vers le brûleur principal (7) pendant la phase de démarrage dudit io reformeur (2). 6. Dispositif de production d'électricité (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de commande (8) est adapté pour piloter la deuxième vanne multivoies (9) qui oriente le flux issu de l'anode (4) vers le brûleur auxiliaire (10) pendant les phases de disfonctionnement de pile à combustible (3). 7. Dispositif de production d'électricité (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de commande (8) est adapté pour émettre la consigne de pilotage en direction des vannes multivoies (6, 9) lorsque le reformeur (2) est en phase de démarrage, lorsque la pile (3) est en phase de disfonctionnement ou lorsque ces deux phases se cumulent. 8. Véhicule comprenant une installation de production d'électricité selon l'une des revendications 1 à 6.