Brevet FR2920605A3 — publié le 20090306

FR 2920605 A3 20090306 FR 0757298 A 20070831 La présente invention se rapporte à un outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance hybrides et, particulièrement, à un outil de chargement entraîné électriquement apte à intégrer la pile à combustible et la pile secondaire pour former un outil de chargement entraîné électriquement avec des dispositifs de génération de puissance multiples. La pile à combustible classique utilise du méthanol, qui contient de l'hydrogène, comme combustible pour exécuter une réaction d'oxydation-réduction et pour former un circuit de courant pour fournir la source de puissance requise. Etant donné que le combustible liquide utilisé par la pile à combustible est économique et hautement efficace, il satisfait à la demande d'une énergie de substitution recherchée pour l'outil de chargement de puissance. En outre, pour réduire la consommation de pétrole, l'outil de chargement de puissance couramment utilisé prévoit le plus souvent un système d'alimentation en énergie qui mélange l'essence et la puissance électrique pour fournir l'énergie nécessaire à l'outil de chargement de puissance avant que l'énergie ne soit convertie en puissance mécanique. Cependant, l'essence doit être associée à un grand moteur pendant l'utilisation de sorte qu'il limite l'efficacité de l'essence. En outre, il est nécessaire de réaliser un ensemble de génération de puissance pour convertir l'énergie produite par l'essence en énergie électrique, et un autre dispositif d'alimentation doit être incorporé pour émettre la puissance électrique. De ce fait, l'efficacité de conversion d'énergie est également limitée d'une manière non souhaitable. Un objectif de la présente invention est la réalisation d'un outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides pour un système d'alimentation en puissance apte à intégrer la pile à combustible et d'autres piles secondaires et à l'appliquer à l'outil de chargement entraîné électriquement. Un autre objectif de la présente invention est la réalisation d'un outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides, qui réalise une unité de gestion d'énergie électrique pour régler les puissances de production électrique de la pile à combustible et de la pile secondaire de façon à fournir l'énergie électrique requise aux charges. Un autre objectif de la présente invention est la réalisation d'un outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides, qui réalise une unité de gestion d'énergie électrique pour déterminer l'énergie électrique requise par les charges de manière à régler la puissance de production électrique de la pile à combustible et de la pile secondaire. Ces objectifs sont atteints conformément à la présente invention par un outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides, comprenant une unité de gestion électrique, une pile à combustible reliée à ladite unité de gestion de puissance électrique, une pile secondaire étant reliée à ladite unité de gestion électrique, et une machine électrique étant connectée à ladite unité de gestion électrique, où ladite unité de gestion électrique est un circuit fournissant un moyen pour distinguer la tension/courant et un moyen pour stocker des informations, ladite pile à combustible transmet une puissance électrique à une pluralité de charges réalisées dans ledit outil de chargement entraîné électriquement, et lesdites charges sont plusieurs autres appareils qui sont prévus dans ladite machine électrique et ledit outil de chargement entraîné électriquement, qui fonctionnent avec de l'énergie électrique. Selon des réalisations avantageuses, l'invention peut également comprendre au moins une des caractéristiques suivantes: ladite unité de gestion de puissance électrique limite une valeur de sortie de courant de ladite pile à combustible pour qu'elle soit inférieure ou égale à une valeur de Imax par ledit moyen de distinction tension/courant; - ladite unité de gestion de puissance électrique comprend en outre un transducteur de tension continue qui convertit ladite sortie électrique en une sortie de tension constante au moyen d'un autre circuit en association avec une logique de diminution de tension (buck logic) ou une logique d'augmentation de tension (booster logic); - ledit transducteur de tension continue est apte à sélectionner la sortie de tension constante; - ladite valeur de sortie de courant est maintenue à Imax. et ledit transducteur à courant continu sélectionne la connection avec ladite pile secondaire en parallèle pour ladite sortie de puissance électrique; - ladite valeur de sortie de courant est maintenue à Imax, et ledit transducteur à courant continu sélectionne la connection avec ladite pile à combustible pour fournir ladite puissance électrique à la charge respective et à ladite pile secondaire; - ladite pile secondaire est remplacée par une pluralité desdites piles secondaires; lesdites piles secondaires sont sélectionnées parmi des piles au lithium, des batteries d'accumulateurs au plomb et autres piles chargeables; - lesdites piles secondaires sont sélectionnées pour fournir des sorties de courant différentes, une sortie de puissance différente et une des différentes caractéristiques de ladite sortie de puissance. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant des modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: la Fig. 1 est un schéma fonctionnel illustrant une relation entre des composants d'un mode de réalisation préféré d'un outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides selon la présente invention; la Fig. 2 est une courbe caractéristique de puissance opposée au courant d'une pile à combustible utilisée par un outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides selon la présente invention; et la Fig. 3 est un schéma fonctionnel illustrant la relation entre des composants d'un autre mode de réalisation préféré d'un outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides selon la présente invention. En se reportant à la Fig. 1, une relation entre des composants d'un mode de réalisation préféré d'un outil de chargement entraîné ou commandé électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides selon la présente invention est illustrée. L'outil de chargement commandé électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides de la présente invention est un système de puissance électrique avec des sources d'énergie multiples, qui est constitué d'une pile à combustible 10, d'une pile secondaire 20, d'une unité de gestion de puissance électrique 30 et d'une machine électrique 40 pour intégrer des sources de puissance électrique multiples destinées à être utilisées par la machine électrique 40 et d'autres charges. En prenant comme exemple un outil de chargement entraîné électriquement d'un motocycle électrique, la puissance électrique requise par la machine électrique 40 est fournie à la fois par la pile à combustible 10 et la pile secondaire 20. La machine électrique 40 produit une puissance mécanique pour actionner le motocycle électrique pour qu'il se déplace. Toutes les parties prévues dans l'outil de chargement à commande électrique avec les sources de puissance électrique hybrides de la présente invention seront décrites en détail ci-après. La pile à combustible 10 est un convertisseur d'énergie qui produit de la puissance électrique par une réaction électrochimique exécutée avec du combustible contenant de l'hydrogène (comme le méthanol), du combustible oxygène et du matériau catalytique. La puissance électrique est transmise à des charges par l'unité de gestion de puissance électrique 30, et les charges comprennent d'autres appareils, qui sont disposés à la fois dans le moteur électrique et l'outil entraîné électriquement et qui requierent de l'énergie électrique pour leur fonctionnement. La pile secondaire 20 est un autre dispositif génératrice de puissance qui est apte à convertir l'énergie chimique stockée en énergie électrique. La puissance produite par la pile secondaire 20 est transmise aux charges par l'unité de gestion de puissance électrique 30 également. Par exemple, la pile secondaire peut être une pile au lithium chargeable. L'unité de gestion de puissance électrique 30 réalise un circuit avec un moyen de distinction de tension/courant, un moyen de réglage de tension/courant et un moyen de stockage des informations de sorte que l'unité de gestion de puissance électrique 30 est apte à distinguer la puissance de production électrique de la pile à combustible 10 ou de la pile secondaire 20 et à déterminer la demande de puissance de la machine électrique 40 par le moyen de distinction de tension/courant et à faire fonctionner la pile à combustible 10 et la pile secondaire 20 avec les moyens de commande ou de réglage de tension/courant. Le moyen de distinction de tension/courant et le moyen de commande de tension/courant sont sauvegardés et exécutés par les moyens d'information. La machine électrique 40 possède un circuit de commande pour convertir l'énergie électrique en puissance mécanique. Par exemple, la machine électrique 40 peut être un moteur. 5 10 15 20 25 30 35 En se reportant à la Fig. 2, une courbe caractéristique de puissance électrique opposée au courant d'une pile à combustible utilisée par un outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides selon la présente invention est illustrée. On peut voir sur la Fig. 2 que le courant débité de la pile à combustible 10 correspond à une puissance électrique fournie, et cela est une caractéristique de la pile à combustible usuelle 10. Lorsque la pile à combustible 10 produit la puissance maximale Pmax, la valeur de sortie en courant correspondante est Imax• L'unité de gestion de puissance électrique 30 limite la puissance électrique fournie de la pile à combustible 10 avec une tension spécifique et, entre-temps, la valeur de courant débité de la pile à combustible 10 peut être changée en accord avec la grande puissance électrique requise par toutes les charges. L'unité de gestion de puissance électrique 30 limite la valeur maximale de courant débité de la pile à combustible 10 également à Imax En se reportant à la Fig. 3, une relation entre des composants d'un autre mode de réalisation préféré d'un outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides selon la présente invention est illustrée. On peut voir sur la Fig. 3 que l'unité de gestion de puissance électrique 30 qui précède comprend un transducteur de tension continue 31 qui fournit un circuit en association avec une logique de diminution de tension (buck logic) ou une logique d'augmentation de tension (boost logic) pour convertir la puissance électrique fournie de la pile à combustible 10 en tension constante pour l'utilisation avec toutes les charges incluant d'autres appareils, qui sont disposés dans le moteur électrique et l'outil entraîné électriquement et qui requierent de l'énergie électrique pour leur fonctionnement. Les appareils, par exemple, sont des organes d'éclairage de l'outil de chargement entraîné électriquement, de tous les dispositifs de commande ou de contrôle et tous les dispositifs électroniques. Bien évidemment, le transducteur de tension continue 31 n'est pas limité à l'émission d'une seule tension constante, et il peut être changé pour pouvoir émettre différentes tensions constantes. L'unité de gestion de puissance électrique 30 qui précède détermine si les courants et les puissances requises par la machine électrique 40 et autres charges sont plus grands que la valeur de courant correspondante Imax ou la puissance maximale fournie Pmax fournie par la pile à combustible 10. Dans le cas où les courants et les puissances requises par la machine électrique 40 et autres charges sont égaux ou inférieurs à la valeur de courant correspondante Imax ou à la puissance maximale fournie Pmax fournie par la pile à combustible 10, la puissance électrique fournie par la pile à combustible 10 est suffisante, et dans le cas où les courants et les puissances requises par la machine électrique 40 et autres charges sont plus grands que la valeur de courant correspondante Imax ou la puissance maximale fournie Pmax fournie par la pile à combustible 10, la puissance électrique fournie par la pile à combustible 10 est insuffisante. De ce fait si le courant fourni par la pile à combustible 10 reste inférieur ou égal à la valeur Imax et que la puissance électrique fournie par la pile à combustible 10 suffit pour alimenter les charges, le transducteur de tension continue 31 amène la pile secondaire 20 dans un état d'arrêt de fonctionnement, et la puissance électrique fournie par la pile à combustible 10 est convertie en puissance électrique d'une tension et courant continu par le transducteur de tension continue 31 et est transmise ensuite aux charges par l'extrémité de sortie du convertisseur de tension continu 31. Lorsque le courant fourni par la pile à combustible 10 reste inférieur ou égal à la valeur Imax et que la puissance électrique fournie par la pile à combustible 10 est insuffisante pour alimenter les charges, le transducteur de tension continue 31 amène la pile secondaire 20 pour qu'elle soit dans un état pour fournir la puissance électrique, et la puissance électrique fournie à la fois par la pile à combustible 10 et la pile secondaire 20 est convertie en tension et courant continu avec le convertisseur de tension continu 31. Ensuite, la sortie en puissance électrique est montée en parallèle avec l'extrémité de sortie du convertisseur de tension continue 31. Par ailleurs, lorsque la pile à combustible 10 est apte à fournir la puissance électrique requise par les charges indépendamment, le transducteur de tension continue 31 peut sélectionner l'arrêt du fonctionnement de la pile secondaire 20. De plus, le transducteur de tension continue 31 peut permettre à la pile à combustible 10 de fournir de la puissance électrique à la pile secondaire 20 pour charger la pile secondaire 20. Etant donné que les charges d'un outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides selon la présente invention incluant la machine électronique 40 et autres dispositifs de l'outil de chargement requierent de la puissance électrique, lorsque le motocycle électrique est utilisé comme outil de chargement, l'utilisateur règle la vitesse de rotation et le couple de la machine électrique 40 en accord avec l'état de la route et la vitesse de déplacement requise, et l'unité de gestion de puissance électrique 30 choisit soit la pile à combustible 10 soit la pile secondaire 20 comme puissance électronique primaire émise sur la base d'une exigence, à savoir laquelle parmi elles peut obtenir plus facilement de l'énergie supplémentaire ou atteindre un rendement de consommation d'énergie plus élevé ou n'importe quel autre exigence. En outre, l'outil entraîné électriquement peut augmenter sa demande de puissance électrique au moment d'un dépassement, en utilisant l'éclairage ou en utilisant un feu de direction, et l'unité de gestion de puissance électrique 30 sélectionne plutôt la pile secondaire 20 pour émettre la puissance électrique en parallèle, que la pile à combustible 10 par suite d'une sortie électrique de la pile à combustible 10 avec un temps de réponse plus lent, qui est incapable de suivre la demande d'un changement de puissance électrique. Par ailleurs, la pile secondaire 20, qui est prévue dans l'outil de chargement entraîné électriquement de la présente invention, peut être remplacée par une pluralité de piles secondaires identiques 20 ou de piles secondaires différentes 20. Par exemple, les piles secondaires 20 peuvent être des piles au lithium et des batteries d'accumulateurs au plomb, respectivement. En outre, les piles secondaires 20 peuvent fournir différentes caractéristiques de puissance fournie incluant différents courants fournis et puissance fournie. On comprend qu'un outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides selon la présente invention est un système d'alimentation en puissance électrique qui intègre la pile à combustible et d'autres piles secondaires pour exécuter des caractéristiques d'alimentation en puissance couvrant à la fois la pile à combustible et les autres piles secondaires. Alors que l'invention a été décrite en se reportant à des modes de réalisation préférés de celle-ci, il faut comprendre que des modifications ou variations peuvent être effectuées facilement sans s'éloigner de l'étendue de cette invention, qui est définie par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides, caractérisé en ce qu'il comprend: une unité de gestion de puissance électrique (30), une pile à combustible (10) reliée à ladite unité de 10 gestion de puissance électrique, une pile secondaire (20) reliée à ladite unité de gestion de puissance électrique, et une machine électrique (40) reliée à ladite unité de gestion de puissance électrique (30), 15 où ladite unité de gestion de puissance électrique est un circuit fournissant un moyen de distinction de tension/courant et un moyen de stockage d'informations, en ce que ladite pile à combustible (10) fournit la puissance électrique à une pluralité de charges prévues dans ledit 20 outil de chargement entraîné électriquement, et en ce que lesdites charges sont plusieurs autres appareils, qui sont prévus dans ladite machine électrique et ledit outil de chargement entraîné électriquement, qui fonctionnent avec de l'énergie électrique. 25 2. Outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite unité de gestion de puissance électrique (30) limite une valeur de courant débité de ladite pile à combustible (10) pour 30 qu'elle soit inférieure ou égale à une valeur de Imax par ledit moyen de distinction de tension/courant. 3. Outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite unité de 35 gestion de puissance électrique (30) comprend en outre un transducteur de tension continue (31) qui convertit ladite sortie électrique en sortie de tension constante au moyen 11 2920605 d'un autre circuit en association avec une logique de diminution de tension (buck logic) ou une logique d'augmentation de tension (boost logic). 4. Outil de chargement entraîné électriquement avec 5 des sources de puissance électrique hybrides selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit transducteur de tension continue (31) est apte à sélectionner la sortie de tension constante. 5. Outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite valeur de courant débité est maintenue à Imax, et en ce que ledit transducteur à courant continu (31) sélectionne la connection avec ladite pile secondaire (20) en parallèle pour ladite puissance électrique fournie. 6. Outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite valeur de sortie de courant est maintenue à Imax, et en ce que ledit transducteur à courant continu (31) sélectionne la connection avec ladite pile à combustible (10) pour fournir ladite puissance électrique à la charge respective et à ladite pile secondaire (20). 7. Outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pile secondaire (20) est remplacée par une pluralité desdites piles secondaires. 8. Outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites piles secondaires (20) sont sélectionnées parmi des piles au lithium, des batteries d'accumulateurs au plomb et autres piles chargeables. 9. Outil de chargement entraîné électriquement avec des sources de puissance électrique hybrides selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'unité de gestion Ir 12 2920605 de puissance électrique (30) comprend des moyens pour sélectionner lesdites piles secondaires (20) pour fournir différents courants débités, différentes puissances fournies et l'une des différentes caractéristiques de 5 ladite puissance fournie.