Brevet FR3125170A1 — publié le 20230113

Générateur électrique à pile à combustible, comportant: un premier circuit (31, 41, 43) de fourniture d’énergie à une unité centrale (60) basse consommation de pilotage dudit générateur, ledit premier circuit, raccordé à la pile à combustible, étant pourvu d’un premier étage d’hybridation (41, 43) comprenant un premier étage de supercondensateurs LPSC (43), d’alimentation de ladite unité centrale, - au moins un second circuit (30, 40, 42, 50a, 51, 53), dit circuit de puissance, de fourniture d’énergie à au moins une sortie de puissance (52a) d’alimentation d’un équipement raccordé audit générateur, distinct du premier circuit, ledit deuxième circuit, raccordé à la pile à combustible, étant pourvu d’un second étage d’hybridation (40, 42) pourvu d’un second étage de supercondensateurs HPSC (42), et pour lequel le premier circuit est configuré pour que le premier étage d’hybridation à supercondensateurs fournisse une réserve d’énergie adaptée à permettre à l’alimentation de l’unité centrale d’être indépendante du fonctionnement du second circuit. Figure de l’abrégé : Figure 1 ARCHITECTURE DE GENERATEUR ELECTRIQUE A PILE A COMBUSTIBLE ET SUPERCONDENSATEURS La présente divulgation relève du domaine des dispositifs d’alimentation électrique à piles à combustible et notamment des dispositifs d’alimentation de matériels tels que des ordinateurs personnels portables (PC portables), des téléphones portables, des éclairages ou autres dispositifs, ou des véhicules de type bicyclette électrique utilisant une pile à combustible associée à une source de production d’hydrogène non régulée, et dépourvus de batterie. Il est connu de réaliser des dispositifs d’alimentation électrique utilisant des piles à combustibles, ou piles à hydrogène, comme source primaire d’énergie. Le document US2020/0044299 A1 concerne un dispositif d’alimentation à pile à combustible dont la régulation met en œuvre une batterie, une pile à hydrogène et une supercapacité pour lequel la gestion de la pile à combustible dépend de l’état de charge de la batterie. Un tel dispositif qui met en œuvre trois sources d’énergie est complexe à gérer et son bon fonctionnement dépend du bon fonctionnement de la batterie qui est un objet lourd et dont la durée de vie est limitée. Le document CN 105299495 A prévoit un dispositif d’alimentation électrique à pile à combustible dont l’hydrogène est produit à partir de méthanol et prévoit de réguler la production d’hydrogène et un empilement de sous cellules de pile à combustibles comportant une supercapacité. Dans ce document une régulation de la production d’hydrogène est prévue. Ces documents sont difficilement applicables à un dispositif ne comportant pas de batterie et dont la source de production d’hydrogène ne peut être régulée, comme dans le cas d’un matériau réactif en poudre produisant de l’hydrogène lorsqu’il est mis en contact avec de l’eau dont la réaction ne peut être régulée, ou dans le cas d’une bouteille d’hydrogène sous pression si l’on ne souhaite pas gérer l’arrivée d’hydrogène. Par ailleurs il est souhaitable de supprimer la batterie tampon de dispositifs antérieurs pour limiter le poids de dispositifs portatifs et leur durée de vie de stockage notamment. Résumé Vis-à-vis de l’art antérieur, la présente divulgation vise ainsi à améliorer le fonctionnement d’un générateur électrique à pile à combustible dépourvu de batterie tampon et dépourvu de régulation de sa source d’alimentation en hydrogène. Pour ce faire la présente divulgation prévoit de séparer le circuit de fourniture de puissance à des appareils à alimenter d’un circuit d’alimentation d’un dispositif de gestion dudit générateur. Plus précisément la présente divulgation propose un générateur électrique à pile à combustible, qui comporte : un premier circuit de fourniture d’énergie à une unité centrale basse consommation de pilotage dudit générateur, ledit premier circuit, raccordé à la pile à combustible, étant pourvu d’un premier étage d’hybridation comprenant un premier étage de supercondensateurs, d’alimentation de ladite unité centrale, au moins un second circuit, dit circuit de puissance, de fourniture d’énergie à au moins une sortie de puissance d’alimentation d’un équipement raccordé audit générateur, distinct du premier circuit, ledit deuxième circuit, raccordé à la pile à combustible, étant pourvu d’un second étage d’hybridation pourvu d’un second étage de supercondensateurs, et pour lequel le premier circuit est configuré pour que le premier étage d’hybridation à supercondensateurs fournisse une réserve d’énergie adaptée à permettre à l’alimentation de l’unité centrale d’être indépendante du fonctionnement du second circuit. Cette configuration permet d’adapter l’étage de supercondensateurs du premier circuit à une fourniture prolongée d’énergie tandis que l’étage de supercondensateurs du second circuit est adapté à fournir un courant important. Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : Le premier étage d’hybridation peut être alimenté, en sortie de la pile à combustible par un premier circuit de charge du premier étage de supercondensateurs comportant un premier convertisseur DC/DC élévateur de tension, de charge du premier étage de supercondensateurs LPSC, ledit premier étage de supercondensateurs étant suivi d’un circuit de décharge comportant un second convertisseur DC/DC abaisseur de tension dont la sortie S LP alimente l’unité centrale pour fournir une alimentation régulée au dispositif de contrôle/commande. Ceci permet de démarrer le fonctionnement du premier circuit à une tension de sortie basse de la pile qui se comporte en générateur de courant. Le second étage d’hybridation peut comporter, en sortie de la pile à combustible, un second circuit de charge du second étage de supercondensateurs comportant un troisième convertisseur DC/DC de régulation de tension, le second étage de supercondensateurs étant suivi d’un circuit de décharge comportant au moins un quatrième convertisseur DC/DC pour alimenter au moins une sortie de puissance du dispositif, le troisième convertisseur DC/DC comporte une entrée de commande de mise en fonction ou d’arrêt, pilotée par ladite unité centrale. Aussi le second circuit peut être démarré et arrêté par l’unité centrale dans des phases ou la pile ne peut fournir suffisamment de puissance pour l’alimenter ce qui réduit les variations de tension et de courant pouvant perturber le fonctionnement des dispositifs raccordés en sortie du générateur. Le générateur peut comporter un dispositif de surveillance tension/courant en sortie de pile à combustible et au moins un dispositif de surveillance tension/courant en sortie du second circuit chacun relié au dispositif de contrôle/commande, ladite unité centrale comportant un programme de surveillance configuré pour ouvrir un interrupteur de sortie du second circuit en cas de puissance de sortie de la pile à combustible inférieure à la puissance demandée en sortie du second circuit pendant une durée supérieure à un premier seuil de durée ou en cas de courant de sortie demandée supérieur à un premier seuil de courant de sortie. Ladite unité centrale peut être un dispositif à microprocesseur ou microcontrôleur qui comporte des sorties de pilotage d’éléments d’une unité d’équilibrage de ladite pile. Ladite unité centrale peut comporter une sortie de pilotage d’un ventilateur de refroidissement de ladite pile et une entrée d’un capteur de température de ladite pile en sorte de gérer la température de ladite pile. Ladite unité centrale peut comporter une sortie de pilotage d’une électrovanne de purge de ladite pile. Le générateur peut comporter une source d’hydrogène non régulée à réactif chimique, la source d’hydrogène comportant un capteur de température de réaction relié à l’unité centrale. Ladite unité centrale peut comporter une sortie de pilotage d’un ventilateur de refroidissement de la source d’hydrogène de ladite pile en sorte de gérer la température de ladite source en fonction de la température mesurée par le capteur de température de réaction afin de maîtriser la cinétique chimique à l’origine de la production d’hydrogène. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : montre un schéma de principe d’un générateur électrique ; montre un schéma de détail d’un exemple de circuit d’alimentation d’une unité centrale ; montre un schéma de détail d’un premier mode de réalisation d’étage d’hybridation à supercondensateurs ; montre un schéma de détail d’un second mode de réalisation d’étage d’hybridation à supercondensateurs ; montre un logigramme de gestion d’électrovanne de purge ; montre un exemple de logigramme et d’états de fonctionnement d’un générateur réalisable selon la présente divulgation. Générateur électrique à pile à combustible, caractérisé en ce qu’il comporte : un premier circuit (31, 41, 43) de fourniture d’énergie à une unité centrale (60) basse consommation de pilotage dudit générateur, ledit premier circuit, raccordé à la pile à combustible, étant pourvu d’un premier étage d’hybridation (41, 43) comprenant un premier étage de supercondensateurs LPSC (43), d’alimentation de ladite unité centrale, - au moins un second circuit (30, 40, 42, 50a, 51, 53), dit circuit de puissance, de fourniture d’énergie à au moins une sortie de puissance (52a) d’alimentation d’un équipement raccordé audit générateur, distinct du premier circuit, ledit deuxième circuit, raccordé à la pile à combustible, étant pourvu d’un second étage d’hybridation (40, 42) pourvu d’un second étage de supercondensateurs HPSC (42), et pour lequel le premier circuit est configuré pour que le premier étage d’hybridation à supercondensateurs fournisse une réserve d’énergie adaptée à permettre à l’alimentation de l’unité centrale d’être indépendante du fonctionnement du second circuit. Générateur électrique à pile à combustible selon la revendication 1, pour lequel le premier étage d’hybridation (41, 43) est alimenté, en sortie de la pile à combustible par un premier circuit de charge (31) du premier étage de supercondensateurs comportant un premier convertisseur DC/DC (310) élévateur de tension, de charge du premier étage de supercondensateurs LPSC, ledit premier étage de supercondensateurs étant suivi d’un circuit de décharge comportant un second convertisseur DC/DC (530) abaisseur de tension dont la sortie S LP alimente l’unité centrale (60) pour fournir une alimentation régulée au dispositif de contrôle/commande. Générateur électrique à pile à combustible selon la revendication 1 ou 2, pour lequel le second étage d’hybridation comporte, en sortie de la pile à combustible, un second circuit de charge (30) du second étage de supercondensateurs comportant un troisième convertisseur DC/DC (300) de régulation de tension, le second étage de supercondensateurs étant suivi d’un circuit de décharge comportant au moins un quatrième convertisseur DC/DC (50a) pour alimenter au moins une sortie de puissance (52a) du dispositif, le troisième convertisseur DC/DC comportant une entrée de commande (301) de mise en fonction ou d’arrêt, pilotée par ladite unité centrale. Générateur électrique à pile à combustible selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un dispositif de surveillance tension/courant (20) en sortie de pile à combustible et au moins un dispositif de surveillance tension/courant (22) en sortie du second circuit chacun relié au dispositif de contrôle/commande, ladite unité centrale comportant un programme de surveillance configuré pour ouvrir un interrupteur de sortie (51) du second circuit en cas de puissance de sortie de la pile à combustible inférieure à la puissance demandée en sortie du second circuit pendant une durée supérieure à un premier seuil de durée ou en cas de courant de sortie demandée supérieur à un premier seuil de courant de sortie. Générateur électrique à pile à combustible selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour lequel ladite unité centrale (60) est un dispositif à microprocesseur ou microcontrôleur qui comporte des sorties de pilotage d’éléments d’une unité d’équilibrage (70) de ladite pile. Générateur électrique à pile à combustible selon la revendication 5, pour lequel ladite unité centrale comporte une sortie de pilotage d’un ventilateur (73) de refroidissement de ladite pile et une entrée d’un capteur de température (72) de ladite pile en sorte de gérer la température de ladite pile. Générateur électrique à pile à combustible selon la revendication 5, pour lequel ladite unité centrale comporte une sortie de pilotage d’une électrovanne de purge (71) de ladite pile. Générateur électrique à pile à combustible selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une source d’hydrogène non régulée à réactif chimique et pour lequel la source d’hydrogène comporte un capteur (75) de température de réaction relié à l’unité centrale. Générateur électrique à pile à combustible selon la revendication 8, pour lequel ladite unité centrale comporte une sortie de pilotage d’un ventilateur (74) de refroidissement de ladite source d’hydrogène sorte de gérer la température de ladite source en fonction de la température de réaction.