Brevet FR3144068A1 — publié le 20240628

Procédé de gestion d’un groupe motopropulseur hybride de véhicule automobile à hydrogène comprenant un moteur à combustion interne (2), une pile à combustible (3), et une conduite C1 raccordant une sortie d’air (10) de la pile à combustible (3) à une entrée d’air (12) du moteur à combustion interne (2) et comportant une vanne de coupure V1, et le procédé comprenant les étapes suivantes : a) on commande l’arrêt de la pile à combustible (3) ; b) on commande l’arrêt du moteur à combustion interne (2) ; c) lorsque la pile à combustible (3) et le moteur à combustion interne (2) sont arrêtés, on ouvre la vanne de coupure V1 ; et d) on démarre le moteur à combustion interne (2) sans injection d’hydrogène afin d’aspirer, par la conduite C1, les fluides présents dans la pile à combustible (3) vers le moteur à combustion interne (2). Figure pour l’abrégé : Fig 1 Procédé de gestion d’un groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile à hydrogène et groupe motopropulseur associé La présente invention concerne, de manière générale, les véhicules automobiles utilisant l’hydrogène comme source d’énergie et, en particulier, les véhicules automobiles hybrides incorporant un moteur à combustion interne ainsi qu’une pile à combustible alimentés par de l’hydrogène. Plus précisément, l’invention se rapporte à un procédé de gestion d’un groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile à hydrogène comprenant un moteur à combustion interne et une pile à combustible, ainsi qu’à un groupe motopropulseur associé. Dans l’optique de proposer une alternative aux énergies fossiles, la technologie hydrogène a suscité un grand intérêt, et notamment dans le domaine de l’automobile. Il existe désormais différentes architectures de véhicules automobiles utilisant l’hydrogène comme source d’énergie. Selon un exemple, le document US 20140001033 décrit un système utilisant de l’hydrogène comme source d’énergie secondaire. Pour cela, de l’eau est aspirée dans une pile à combustible qui génère un mélange d’hydrogène et d’oxygène. L’hydrogène obtenu est mélangé avec le carburant qui alimente le moteur à combustion interne. D’autres véhicules utilisent l’hydrogène comme unique source d’énergie. Notamment, selon un fonctionnement inverse, une pile à combustible peut être couplée à une batterie électrique qu’elle alimente par un courant électrique produit à partir d’hydrogène et d’oxygène. La batterie électrique peut ainsi délivrer de l’énergie électrique à un moteur électrique, particulièrement lors d’une phase de démarrage ou de phases transitoires. Les avantages de la pile à combustible sont notamment un rendement très important sur les charges partielles c’est-à-dire lors de requête de faibles puissances, et la génération d’une puissance électrique utilisable dans un moteur électrique pour faire avancer le véhicule sans aucune émission polluante réglementée. Le fonctionnement d’autres véhicules repose uniquement sur la combustion d’hydrogène dans un moteur à combustion interne. Le moteur à combustion interne a pour avantage de pouvoir générer de fortes puissances avec un rendement important dans le cas des fortes charges. Toutefois, le moteur à combustion interne produit par contre des polluants réglementés en faible quantité. Afin de tirer profit des avantages des deux structures, certains véhicules hybrides à hydrogène incorporent un moteur à combustion interne ainsi qu’un moteur électrique couplé à une batterie, elle-même alimentée par une pile à combustible. L’hydrogène est alors utilisé comme unique source d’énergie par le moteur à combustion interne et par la pile à combustible. Cependant, lorsque la pile à combustible est arrêtée, de l’eau peut encore être présente au sein de celle-ci. A l’arrêt, la présence d’eau prolongée impacte sa stabilité et sa durée de vie. En particulier, lorsque la température extérieure est négative, l’eau encore présente gèle, ce qui perturbe son fonctionnement en interdisant son redémarrage. L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer une stratégie d’arrêt de la pile à combustible assurant un redémarrage optimal, quelle que ce soit la température extérieure, positive ou négative, et destinée à prolonger sa durée de vie et assurer sa stabilité. Il est donc proposé un procédé de gestion d’un groupe motopropulseur hybride de véhicule automobile à hydrogène comprenant un moteur à combustion interne, une pile à combustible, et une conduite C1 raccordant une sortie d’air de la pile à combustible à une entrée d’air du moteur à combustion interne et comportant une vanne de coupure V1, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) on commande l’arrêt de la pile à combustible ; b) on commande l’arrêt du moteur à combustion interne ; c) lorsque la pile à combustible et le moteur à combustion interne sont arrêtés, on ouvre la vanne de coupure V1 ; et d) lorsque la vanne de coupure V1 est ouverte, on démarre le moteur à combustion interne sans injection d’hydrogène afin d’aspirer, par la conduite C1, les fluides présents dans la pile à combustible vers le moteur à combustion interne. Dans un mode de réalisation, le groupe motopropulseur peut comprendre une conduite C2 raccordant une sortie d’hydrogène de la pile à combustible à l’entrée d’air du moteur à combustion interne et comportant une vanne de coupure V2, l’étape c) comprenant l’ouverture de la vanne de coupure V2 en sus de la vanne V1, afin d’aspirer également à l’étape d), par la conduite C2, les fluides présents dans la pile à combustible vers le moteur à combustion interne. Selon une caractéristique, le fonctionnement du moteur à combustion interne à l’étape d) peut être maintenu pendant un intervalle de temps prédéterminé. Selon une autre caractéristique, le fonctionnement du moteur à combustion interne à l’étape d) peut être maintenu jusqu’à ce que le taux d’humidité dans la pile à combustible soit inférieur ou égal à une valeur seuil prédéterminée. L’invention concerne également un groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile à hydrogène comprenant : un moteur à combustion interne ; une pile à combustible ; une conduite C1 raccordant une sortie d’air de la pile à combustible à une entrée d’air du moteur à combustion interne et comportant une vanne de coupure V1 pour le passage sélectif de fluides présents dans la pile à combustible de ladite sortie d’air vers le moteur à combustion interne ; et un dispositif de commande configuré pour commander l’ouverture de la vanne de coupure V1 lorsque la pile à combustible et le moteur à combustion interne sont arrêtés, et pour démarrer le moteur à combustion interne sans injection d’hydrogène afin d’aspirer, par la conduite C1, les fluides présents dans la pile à combustible vers le moteur à combustion interne. Dans un mode de réalisation, le groupe motopropulseur peut comprendre une conduite C2 raccordant une sortie d’hydrogène de la pile à combustible à l’entrée d’air du moteur à combustion interne et comportant une vanne de coupure V2 pour le passage sélectif de fluides présents dans la pile à combustible de ladite sortie d’hydrogène vers le moteur à combustion interne, le dispositif de commande étant configuré pour commander l’ouverture de la vanne de coupure V2 en sus de la vanne V1 avant le démarrage du moteur à combustion interne sans injection d’hydrogène, afin d’aspirer également, par la conduite C2, les fluides présents dans la pile à combustible vers le moteur à combustion interne. Avantageusement, le groupe motopropulseur peut comprendre une unité de recirculation raccordée à la pile à combustible pour la recirculation d’hydrogène de la sortie d’hydrogène vers une entrée d’hydrogène de la pile à combustible, l’unité de recirculation étant raccordée à la conduite C2. De préférence, la conduite C2 est raccordée à la conduite C1 en amont de l’entrée d’air du moteur à combustion interne. De préférence, le groupe motopropulseur comprend au moins un condenseur positionné sur la conduite C1 et/ou la conduite C2. Avantageusement, le moteur à combustion interne peut être couplé à un turbocompresseur positionné sur la conduite C1, en amont de l’entrée d’air du moteur à combustion interne et en aval de la pile à combustible. L’invention se rapporte également à un véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur comme décrit précédemment. D’autres buts, avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : illustre un groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile à hydrogène selon un mode de réalisation de l’invention. illustre un groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile à hydrogène selon un autre mode de réalisation de l’invention. Par ailleurs, l’expression « au moins un » utilisée dans la présente description est équivalente à l’expression « un ou plusieurs ». Dans la présente invention, les termes « amont » et « aval » s’entendent par rapport à la direction d’écoulement des fluides aspirés par le moteur à combustion interne à partir de la pile à combustible. La illustre un groupe motopropulseur 1 pour un véhicule automobile. Dans l’exemple illustré, l’hydrogène est l’unique source d’énergie du véhicule automobile. Bien entendu, on pourra prévoir que le groupe motopropulseur soit incorporé dans un véhicule automobile utilisant une ou plusieurs sources d’énergies différentes de l’hydrogène. Le groupe motopropulseur 1 comporte un moteur à combustion interne 2, incorporant une chambre à combustion, et une pile à combustible 3 utilisant tous les deux l’hydrogène comme source d’énergie. Dans l’exemple illustré, le groupe motopropulseur 1 comporte un moteur électrique 4 couplé à une batterie 5, elle-même couplée à la pile à combustion 3. Le groupe motopropulseur 1 est hybride de sorte qu’à la fois le moteur à combustion interne 2 et le moteur électrique 4 du groupe motopropulseur 1 hybride sont couplés en rotation à un axe de transmission 6 pour faire avancer le véhicule automobile. La pile à combustible 3 comporte une entrée d’hydrogène 7 et une sortie d’hydrogène 8, ainsi qu’une entrée d’air 9 et une sortie d’air 10. L’entrée d’hydrogène 7 et la sortie d’hydrogène 8 sont avantageusement, respectivement, une entrée d’hydrogène 7 anodique et une sortie d’hydrogène 8 anodique, positionnées au contact d’une anode de la pile à combustible 3. L’entrée d’air 9 et la sortie d’air 10 sont avantageusement, respectivement, une entrée d’air 9 cathodique et une sortie d’air 10 cathodique, positionnées au contact d’une cathode de la pile à combustible 3. La pile à combustible 3 génère un courant électrique et de l’eau à partir d’oxygène présent dans l’air et d’hydrogène. Le courant électrique généré permet d’alimenter la batterie 5 qui elle-même alimente le moteur électrique 4. Avantageusement, le moteur à combustion interne 2 comprend une entrée d’hydrogène 11, une entrée d’air 12 et une sortie de gaz d’échappement 13. De préférence, le groupe motopropulseur 1 comporte au moins un réservoir de stockage 14 raccordé à l’entrée d’hydrogène 7 de la pile à combustible 3 et à l’entrée d’hydrogène 11 du moteur à combustion interne 2 pour les alimenter en hydrogène. Dans l’exemple illustré, une vanne trois voies V3 permet le passage sélectif d’hydrogène provenant du réservoir de stockage 14 vers la pile à combustible 3 ou le moteur à combustion interne 2. L’air admis dans la pile à combustible 3 et dans le moteur à combustion interne peut, avantageusement, être un air extérieur récolté lorsque le véhicule roule qui, de préférence, traverse un filtre à air, respectivement 15 et 16, en amont de la pile à combustible 3 et en amont du moteur à combustion interne 2. De préférence, un compresseur 17 est disposé en amont de l’entrée d’air 9 de la pile à combustible 3. De préférence, un turbocompresseur 18 est disposé en amont de l’entrée d’air 12 du moteur à combustion interne 2. En outre, le groupe motopropulseur comprend une conduite C1 raccordant la sortie d’air 10 de la pile à combustible 3 à l’entrée d’air 12 du moteur à combustion interne 2. Une vanne de coupure V1 est positionnée sur la conduite C1 pour le passage sélectif de fluides présents dans la pile à combustible 3 de la sortie d’air 10 de la pile à combustible 3 vers le moteur à combustion interne 2. Avantageusement, une conduite d’échappement E peut être disposée sur la conduite C1, en amont de la vanne de coupure V1 pour l’échappement d’air provenant de la pile à combustible 3. De plus, un dispositif de commande 19 est configuré pour commander l’ouverture de la vanne de coupure V1 lorsque la pile à combustible 3 et le moteur à combustion interne 2 sont arrêtés. Le dispositif de commande 19 est également configuré pour démarrer le moteur à combustion interne 2 sans injection d’hydrogène afin d’aspirer les fluides présents dans la pile à combustible 3 vers le moteur à combustion interne 2. Comme cela est illustré à la , le groupe motopropulseur 1 peut comprendre une unité de recirculation 20 raccordée à la sortie d’hydrogène 8 et à l’entrée d’hydrogène 7 de la pile à combustible 3. L’unité de recirculation 20 incorpore avantageusement une pompe et permet la recirculation d’hydrogène non oxydé par la pile à combustible 3 de la sortie d’hydrogène 8 vers l’entrée d’hydrogène 7. Dans l’exemple illustré, une conduite C2 raccorde la sortie d’hydrogène 8 de la pile à combustible 3 à l’entrée d’air 12 du moteur à combustion interne 2. De plus, une vanne de coupure V2 est disposée sur la conduite C2 et permet le passage sélectif de fluides présents dans la pile à combustible 3 de la sortie d’hydrogène 8 de pile à combustible 3 vers le moteur à combustion interne 2. Le dispositif de commande 19 est, de préférence, configuré pour commander l’ouverture de la vanne de coupure V2, en sus de la vanne V1, avant de démarrer le fonctionnement du moteur à combustion interne 2 sans injection d’hydrogène. L’aspiration des fluides via la conduite C2 en sus de l’aspiration via la conduite C1 permet d’augmenter l’efficacité de l’évacuation de l’eau des fluides présents dans la pile à combustible 3. Dans l’exemple illustré, l’unité de recirculation 20 est raccordée à la conduite C2. La conduite C2 peut être raccordée à la conduite C1, en amont de l’entrée d’air 12 du moteur à combustion interne 2, de sorte que les conduites C1 et C2 forment une portion commune C3 qui débouche dans le moteur à combustion interne 2 par l’entrée d’air 12. De préférence, le groupe motopropulseur comprend au moins un condenseur 21 positionné sur la conduite C1 et/ou la conduite C2. Dans l’exemple illustré, le condenseur est positionné en aval du raccordement des conduites C1 et C2, sur la portion commune C3. Le condenseur 21 permet d’aider à évacuer l’eau liquide des fluides aspirés vers le moteur à combustion interne 2. L’invention se rapporte également à un procédé de gestion d’un groupe motopropulseur 1 comme décrit précédemment, et comprenant les étapes suivantes : a) on commande l’arrêt de la pile à combustible 3 ; b) on commande l’arrêt du moteur à combustion interne 2 ; c) lorsque la pile à combustible 3 et le moteur à combustion interne 2 sont arrêtés, on ouvre la vanne de coupure V1 ; et d) lorsque la vanne de coupure V1 est ouverte, on démarre le moteur à combustion interne 2 sans injection d’hydrogène afin d’aspirer les fluides présents dans la pile à combustible 3 vers le moteur à combustion interne 2. Le moteur à combustion 2 fonctionne donc à vide, comme une pompe, aspirant les fluides présents dans la pile à combustible 3, notamment l’air et l’eau, vers la chambre à combustion du moteur à combustion interne 2. Le procédé de gestion selon l’invention permet ainsi d’assécher la pile à combustible 3 après son arrêt. Cet asséchement permet notamment lors du redémarrage, et en particulier lorsque la température extérieure est négative, de ne pas avoir d’eau gelée en quantité importante dans la pile à combustible 3 qui interdirait son redémarrage. En asséchant la pile à combustible 3, le redémarrage est donc facilité et la durée de vie de la pile à combustible 3 amélioré. Les étapes a) et/ou b) peuvent être commandées par le dispositif de commande 19, en réponse à une consigne d’arrêt du véhicule automobile par le conducteur. De plus, les étapes a) et/ou b) peuvent être commandées simultanément ou successivement. L’étape b) peut être réalisée avant l’étape a) ou inversement. De préférence, la commande d’ouverture de la vanne V1 est effectuée par le dispositif de commande 19. Dans un mode de réalisation, le groupe motopropulseur 1 comprend une unité de recirculation 20. De préférence, l’étape c) comprend l’ouverture de la vanne de coupure V2, en sus de la vanne V1, qui peut également être commandée par le dispositif de commande 19. Selon une autre caractéristique, le fonctionnement du moteur à combustion interne 2 à l’étape d) peut être maintenu jusqu’à ce que le taux d’humidité dans la pile à combustible 3 soit inférieur ou égal à une valeur seuil prédéterminée. La valeur seuil prédéterminée peut avantageusement être une valeur de taux d’humidité considérée comme suffisamment bas pour ne pas affecter le fonctionnement de la pile à combustible 3 au redémarrage et sa durée de vie. Selon une alternative, le fonctionnement du moteur à combustion interne 2 à l’étape d) est maintenu pendant un intervalle de temps prédéterminé. Ceci permet d’éviter les coûts liés à la mise en place d’un capteur d’humidité permettant de mesurer le taux d’humidité dans la pile à combustible 3. L’intervalle de temps est, par exemple, déterminé en fonction de tests préétablis, ou peut correspondre à une estimation d’un intervalle de temps permettant d’assécher la pile à combustible 3 à un niveau considéré suffisant. Comme cela est illustré à la , le moteur à combustion interne 2 peut être couplé à un turbocompresseur 18 positionné sur la conduite C1. Le turbocompresseur 18 est donc disposé en amont de l’entrée d’air 12 du moteur à combustion interne 2 et en aval de la pile à combustible 3. Dans l’exemple illustré, la portion commune C3 des conduites C1 et C2 est raccordée en amont d’une entrée d’air du turbocompresseur 18. On pourra prévoir qu’en l’absence de portion commune C3, chacune des conduites C1 et C2 soient raccordées indépendamment en amont de l’entrée d’air du turbocompresseur 18. Dans un mode de réalisation, en plus du démarrage du moteur à combustion interne 2 à l’étape d), on peut démarrer le turbocompresseur 18 afin d’apporter plus de puissance à l’aspiration des fluides présents dans la pile à combustible 3 vers le moteur à combustion interne 2. A cet égard, le dispositif de commande 19 peut être configuré pour commander le démarrage du turbocompresseur 18 à l’étape d) ou successivement à l’étape d). Procédé de gestion d’un groupe motopropulseur hybride de véhicule automobile à hydrogène comprenant un moteur à combustion interne (2), une pile à combustible (3), et une conduite C1 raccordant une sortie d’air (10) de la pile à combustible (3) à une entrée d’air (12) du moteur à combustion interne (2) et comportant une vanne de coupure V1, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) on commande l’arrêt de la pile à combustible (3) ; b) on commande l’arrêt du moteur à combustion interne (2) ; c) lorsque la pile à combustible (3) et le moteur à combustion interne (2) sont arrêtés, on ouvre la vanne de coupure V1 ; et d) lorsque la vanne de coupure V1 est ouverte, on démarre le moteur à combustion interne (2) sans injection d’hydrogène afin d’aspirer, par la conduite C1, les fluides présents dans la pile à combustible (3) vers le moteur à combustion interne (2). Procédé selon la revendication 1, dans lequel le groupe motopropulseur (1) comprend une conduite C2 raccordant une sortie d’hydrogène (8) de la pile à combustible (3) à l’entrée d’air (12) du moteur à combustion interne (2) et comportant une vanne de coupure V2, l’étape c) comprenant l’ouverture de la vanne de coupure V2 en sus de la vanne V1, afin d’aspirer également à l’étape d), par la conduite C2, les fluides présents dans la pile à combustible (3) vers le moteur à combustion interne (2). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le fonctionnement du moteur à combustion interne (2) à l’étape d) est maintenu pendant un intervalle de temps prédéterminé. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le fonctionnement du moteur à combustion interne (2) à l’étape d) est maintenu jusqu’à ce que le taux d’humidité dans la pile à combustible (3) soit inférieur ou égal à une valeur seuil prédéterminée. Groupe motopropulseur hybride pour véhicule automobile à hydrogène comprenant : un moteur à combustion interne (2) ; une pile à combustible (3) ; une conduite C1 raccordant une sortie d’air (10) de la pile à combustible (3) à une entrée d’air (12) du moteur à combustion interne (2) et comportant une vanne de coupure V1 pour le passage sélectif de fluides présents dans la pile à combustible (3) de ladite sortie d’air (10) vers le moteur à combustion interne (2) ; et un dispositif de commande (19) configuré pour commander l’ouverture de la vanne de coupure V1 lorsque la pile à combustible (3) et le moteur à combustion interne (2) sont arrêtés, et pour démarrer le moteur à combustion interne (2) sans injection d’hydrogène afin d’aspirer, par la conduite C1, les fluides présents dans la pile à combustible (3) vers le moteur à combustion interne (2). Groupe motopropulseur selon la revendication 5, comprenant une conduite C2 raccordant une sortie d’hydrogène (8) de la pile à combustible (3) à l’entrée d’air (12) du moteur à combustion interne (2) et comportant une vanne de coupure V2 pour le passage sélectif de fluides présents dans la pile à combustible (3) de ladite sortie d’hydrogène (8) vers le moteur à combustion interne (2), le dispositif de commande (19) étant configuré pour commander l’ouverture de la vanne de coupure V2 en sus de la vanne V1 avant le démarrage du moteur à combustion interne (2) sans injection d’hydrogène, afin d’aspirer également, par la conduite C2, les fluides présents dans la pile à combustible (3) vers le moteur à combustion interne (2). Groupe motopropulseur selon la revendication 6, dans lequel le groupe motopropulseur (1) comprend une unité de recirculation (20) raccordée à la pile à combustible (3) pour la recirculation d’hydrogène de la sortie d’hydrogène (8) vers une entrée d’hydrogène (7) de la pile à combustible (3), l’unité de recirculation (20) étant raccordée à la conduite C2. Groupe motopropulseur selon la revendication 6 ou 7, dans lequel la conduite C2 est raccordée à la conduite C1 en amont de l’entrée d’air (12) du moteur à combustion interne (2). Groupe motopropulseur selon l’une quelconque des revendications 5 à 8, comprenant au moins un condenseur (21) positionné sur la conduite C1 et/ou la conduite C2. Groupe motopropulseur selon l’une quelconque des revendications 5 à 9, dans lequel le moteur à combustion interne (2) est couplé à un turbocompresseur (18) positionné sur la conduite C1, en amont de l’entrée d’air (12) du moteur à combustion interne (2) et en aval de la pile à combustible (3). Véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur (1) selon l’une quelconque des revendications 5 à 10.