Brevet FR3157278A1 — publié le 20250627

Procédé de commande d’un groupe motopropulseur hybride (1) à hydrogène pour véhicule automobile comprenant : un réservoir à hydrogène (17) ; un moteur à combustion interne (3) à hydrogène alimenté par le réservoir (17), adapté à entraîner un arbre de transmission (7), ledit moteur (3) produisant des gaz d’échappement chaud ; une pile à combustible (9) alimenté par le réservoir (17) à hydrogène et un moteur électrique (5) alimenté par la pile à combustible (9), ledit moteur électrique (5) étant couplé à l’arbre de transmission (7) du véhicule automobile ; le procédé étant caractérisé en ce qu’on guide les gaz d’échappement chaud vers la pile à combustible (9) pour porter la température de la pile à combustible (9) à une température de fonctionnement déterminée. Figure de l’abrégé : Figure 1 Procédé de commande d’un groupe motopropulseur hybride à hydrogène L’invention se rapporte à un procédé de commande d’un groupe motopropulseur hybride à hydrogène comprenant un moteur à combustion interne à hydrogène et une pile à hydrogène adaptée pour alimenter un moteur électrique. L’invention se rapporte, en outre, au groupe motopropulseur hybride à hydrogène commandé par le procédé. L’hydrogène est un gaz particulièrement employé comme vecteur d’énergie dans de nombreux dispositifs, en particulier pour le transport routier, ferroviaire ou aérien. Dans le cas des véhicules automobiles, l’hydrogène peut être utilisé pour la dépollution dans la ligne d’échappement mais également pour alimenter les moteurs à combustion interne, où il présente l’avantage de pouvoir générer de forte puissance avec un rendement important, ou encore pour la production d’électricité à partir de piles à combustible permettant d’obtenir des rendements important pour des faible puissance et de générer une puissance électrique sans aucune émission polluante réglementée. Le véhicule peut ainsi être équipé d’un groupe motopropulseur hybride comprenant un moteur à combustion interne à hydrogène et d’un moteur électrique alimenté par une pile à hydrogène. Ces véhicules peuvent alors fonctionner avec de l’hydrogène stocké dans le véhicule sous la forme de bouteille sous pression ou sous forme liquide dans un réservoir par exemple. Un moyen d’améliorer un tel système hybride et notamment d’améliorer les performances de la pile à combustible au démarrage est d’augmenter la température de la pile à combustible. En effet, pour atteindre plus rapidement ses performances optimales, la pile doit souvent être réchauffée au démarrage notamment quand les températures extérieures sont négatives. La demande de brevet US6588211 présente ainsi un véhicule comprenant un moteur à combustion interne relié à un axe de transmission pour l’entraînement du véhicule ainsi qu’une pile à combustible alimentant une batterie adaptée pour fournir de l’énergie aux appareils électriques présents dans le véhicule. Il décrit notamment un système de génération de gaz couplé thermiquement à la conduite de gaz d’échappement du moteur pour que le gaz de système de génération de gaz soit réchauffé par le gaz d’échappement. Le système de génération de gaz permet ensuite de préchauffer le catalyseur de gaz d’échappement du moteur ou le système de pile en peu de temps lorsque cela est nécessaire. Cependant, cette configuration est complexe et encombrante. De plus, le système ne permet pas de réguler la température ce qui peut conduire à des surchauffes de la pile à combustible ou encore à un réchauffage non-suffisant de la pile à combustible. Ainsi, il existe un besoin d’un groupe motopropulseur hybride présentant un procédé de commande permettant d’améliorer ses performances. Dans ce but, il est proposé un procédé de commande d’un groupe motopropulseur hybride à hydrogène pour véhicule automobile comprenant : un réservoir à hydrogène ; un moteur à combustion interne à hydrogène alimenté par le réservoir, adapté à entraîner un arbre de transmission, ledit moteur produisant des gaz d’échappement chaud ; une pile à combustible alimenté par le réservoir à hydrogène et un moteur électrique alimenté par la pile à combustible, ledit moteur électrique étant couplé à l’arbre de transmission du véhicule automobile. Et selon l’invention, on guide les gaz d’échappement chaud vers la pile à combustible pour porter la température de la pile à combustible à une température de fonctionnement déterminée. Ainsi, une des caractéristiques de l’invention réside dans l’utilisation directe des gaz d’échappement chaud produits par le moteur à combustion interne pour augmenter la température de la pile jusqu’à une température de fonctionnement déterminée. Cette configuration permet de mettre en œuvre un procédé simplifié pour augmenter la température de la pile à combustible puisque les gaz d’échappement sont utilisés directement. Ce procédé ne nécessite également pas l’utilisation de fluides supplémentaires pour réaliser l’échange de chaleur. De plus, ce procédé permet d’éviter l’utilisation d’énergie supplémentaire pour augmenter la température de la pile puisque les gaz d’échappement chaud sont produits par le moteur à combustion interne. Avantageusement, on mesure la température de la pile à combustible par un appareil de mesure de la température, et, on guide les gaz d’échappement chaud vers la pile à combustible tant que la température de la pile mesurée est inférieure à la température de fonctionnement déterminée. La mesure de la température de la pile à combustible permet ainsi à l’utilisateur de connaître la température de la pile, et surtout, selon le procédé de commande, de guider les gaz d’échappement vers la pile à combustible tant que la température de fonctionnement déterminée n’est pas atteinte. Préférentiellement, on utilise une vanne trois voies raccordée au moteur à combustion interne pour récupérer les gaz d’échappement chaud et pour guider les gaz d’échappement chaud vers la pile à combustible et vers l’extérieur. L’utilisation de la vanne trois voies permet alors de guider les gaz d’échappement chaud soit vers l’extérieur du moteur et donc du véhicule ou soit vers la pile à combustible. Le guidage des gaz est également simplifié en ce qu’il suffit de commander la rotation de l’arbre de la vanne. L’utilisation de la vanne trois voies permet, en outre, de pouvoir ouvrir partiellement les voies, notamment celle vers la pile à combustible pour ainsi adapter le débit des gaz d’échappement chaud et donc d’influencer sur le chauffage de la pile. Avantageusement, la vanne trois voies est couplée à l’appareil de mesure de la température. Coupler la vanne trois voies avec l’appareil de mesure de la température permet au procédé de commande de guider automatiquement les gaz d’échappement chauds en fonction de la température de la pile à combustible. Le procédé commande ainsi la vanne trois voies en fonction de la température de la pile pour éviter la surchauffe de celle-ci en augmentant la température de la pile au-delà de ce qui est nécessaire, mais également d’éviter une augmentation non-suffisante de la température de la pile en n’augmentant pas suffisamment sa température. L’invention se rapporte également à un groupe motopropulseur hybride à hydrogène d’un véhicule automobile comprenant : un réservoir à hydrogène ; un moteur à combustion interne à hydrogène alimenté par le réservoir, adapté à entraîner un arbre de transmission et, ledit moteur produisant des gaz d’échappement chaud ; une pile à combustible alimenté par le réservoir à hydrogène ; et, un moteur électrique alimenté par la pile à combustible, ledit moteur électrique étant couplé à l’arbre de transmission. Le moteur comprend un circuit de guidage des gaz d’échappement chaud vers la pile à combustible pour porter la température de la pile à combustible à une température de fonctionnement déterminée. Le groupe motopropulseur hybride décrit est notamment mis en œuvre par le procédé de commande permettant ainsi d’automatiser le chauffage de la pile à combustible. Avantageusement, le groupe motopropulseur hybride comprend un appareil de mesure de la température de la pile à combustible. Préférentiellement, le circuit de guidage comprend une vanne trois voies raccordée au moteur à combustion interne pour récupérer les gaz d’échappement chaud et pour guider les gaz d’échappement chaud vers la pile à combustible et vers l’extérieur. Avantageusement, la vanne trois voies est couplée à l’appareil de mesure de la température. L’invention se rapporte, en outre, à un véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur hybride à hydrogène tel que décrit précédemment commandé par le procédé de commande décrit précédemment. D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés à titre indicatif mais non limitatifs, en référence aux figures suivantes : FIG. 1 est un schéma représentant un groupe motopropulseur hybride conforme à l’invention. FIG. 2 est un schéma représentant un élément du groupe motopropulseur hybride tel que décrit dans un autre mode de réalisation de l’invention. La FIG. 1 présente un groupe motopropulseur hybride 1 à hydrogène embarqué dans un véhicule automobile commandé par le procédé de commande selon l’invention. Le groupe motopropulseur hybride 1 comprend un moteur à combustion interne 3 et un moteur électrique 5. Le moteur à combustion 3 et le moteur électrique 5 sont reliés à un arbre de transmission 7 relié aux roues pour l’entraînement du véhicule. Le moteur à combustion interne 3 fonctionne grâce à de l’hydrogène. Le moteur électrique 5, quant à lui, est alimenté par une pile à combustible 9 fonctionnant avec de l’hydrogène ainsi qu’une batterie tampon 11. En effet, la pile à combustible 9 génère un courant continu qui va être converti par un convertisseur DC/DC 13. Le courant généré par la pile à combustible 9 permet d’alimenter le moteur électrique 5 mais également d’alimenter les circuits électriques annexes adaptés pour faire fonctionner les différents accessoires du véhicule. Cependant, lorsque la pile à combustible 9 ne fonctionne pas, les circuits électriques annexes ne sont pas alimentés en énergie électrique ainsi une batterie tampon 11 est utilisée pour produire l’énergie suffisante pour leur fonctionnement. De plus, lorsque la pile à combustible 9 entre en fonctionnement, la batterie tampon 11 permet de fournir l’énergie électrique suffisante pour son fonctionnement dès le début. La pile à combustible 9 est installée dans un carter 41 pouvant être en aluminium ou en plastique par exemple pour assurer l’étanchéité et protéger la pile à combustible 9. Avant d’arriver au moteur électrique 5, l’énergie électrique est également convertie par un convertisseur DC/AC 15. La pile à combustible 9 ainsi que le moteur à combustion interne 3 sont alimentés par de l’hydrogène provenant d’un réservoir à l’hydrogène 17. L’hydrogène utilisé ici correspond au dihydrogène H 2 . Le réservoir 17 comprend une interface pour son remplissage non représenté ainsi qu’une sortie reliée à un circuit d’alimentation 19. L’hydrogène peut par exemple être stockés sous forme liquide. Le circuit d’alimentation 19 de l’hydrogène est commun à la pile à combustible 9 et au moteur à combustion interne 3. Le moteur à combustion interne 3 génère, en outre, des gaz d’échappement chaud lors de la réaction de combustion. En effet, lors de la réaction de combustion, l’hydrogène réagit avec du dioxygène. Pour cela, de l’air est prélevé de l’extérieur du véhicule et est ensuite guidé jusqu’au moteur à combustion 3 par un circuit d’alimentation en air 21. Les gaz d’échappement comprennent ainsi de l’eau produite lors de la réaction et tous composants déjà présents dans l’air prélevé tel que de l’azote. Le circuit d’alimentation en air 21 comprend un filtre 23 pour éviter la présence de particules dans le circuit d’alimentation en air 21 ainsi que dans le moteur à combustion 3. Le circuit d’alimentation en air 21 comprend, en outre, un compresseur 25 et un refroidisseur 27 de l’air avant de le guider dans le moteur à combustion 3. Les gaz d’échappement chaud sortant du moteur à combustion 3 sont ensuite guidé s par un circuit de guidage 29 soit vers la sortie d’air 31, ou pot d’échappement, du véhicule soit vers la pile à combustible 5. Pour cela, le circuit de guidage 29 comprend une vanne trois voies 33, raccordée au moteur à combustion interne 3 par une première conduite 35, à la pile à combustible 5 par une deuxième conduite 37 et à la sortie d’air 31 par une troisième conduite 39 menant vers l’extérieur. La vanne trois voies 33 permet ainsi de diriger les gaz d’échappement dans la conduite souhaitée mais également de bloquer l’accès à une conduite suivant ce que l’on souhaite. Pour cela, la vanne trois voies comprend un arbre de vanne (non représenté sur les figures) commandé par le procédé de guidage. L’arbre de vanne présente une partie adaptée à obstruer une ou plusieurs conduites en partie ou totalement suivant son orientation. La vanne peut également guider les gaz d’échappement chaud simultanément vers la pile à combustible 9 et vers la sortie d’air 31. Les gaz d’échappement chaud sont acheminés de la vanne 33 à la pile à combustible 9 par la deuxième conduite 37. Une fois acheminés à la pile à combustible 9, les gaz d’échappement sont injectés dans le carter 41 de la pile à combustible 9. Dans un autre mode de réalisation, en référence à la FIG. 2 , le carter 41 présente un premier 43 et un deuxième 45 compartiments. La pile à combustible 9 est installée dans le premier compartiment 43 tandis que les gaz d’échappement chaud sont injectés et guidés dans le deuxième compartiment 45. Le premier 43 et deuxième 45 compartiments sont séparés par une paroi 49 au niveau de laquelle l’échange thermique est réalisé entre les gaz d’échappement chaud et la pile à combustible 9 pour augmenter sa température. Le deuxième compartiment 45 peut, par exemple, comprendre à l’intérieur une conduite (non représenté sur la figure) prenant la forme d’un serpentin ou d’ailette pour optimiser l’échange de chaleur. Une fois sorti du carter 41 de la pile à combustible, les gaz d’échappement refroidi sont guidés par une conduite 47 jusqu’à la deuxième conduite 37 pour être évacués par la sortie d’air 31. Le groupe motopropulseur hybride 1 peut également comprendre un appareil de mesure de la température (non représenté sur les figures) installé au niveau de la pile à combustible 9 pour mesurer sa température. Cet appareil peut par exemple être un thermomètre bilame. La vanne trois voies 33 peut être couplée à l’appareil de mesure de la température pour ainsi pouvoir la commander en fonction de la température de la pile à combustible 9. Le procédé de commande selon l’invention permet ainsi de commander le groupe motopropulseur hybride 1 de sorte à guider les gaz d’échappement chaud vers la pile à combustible 9 pour porter la température de la pile à combustible 9 à une température de fonctionnement déterminée. La température de la pile 9 étant mesurée par l’appareil de mesure décrit ci-dessus. La température de fonctionnement de la pile peut être déterminée en fonction des caractéristiques de la pile par exemple. La température de fonctionnement peut être d’au moins 10°C. Préférentiellement elle est comprise entre 60°C et 80°C. Alternativement, le procédé de commande va également, en fonction de la température mesurée dans la pile à combustible 9, commander la vanne trois voies pour guider les gaz d’échappement chaud vers la pile 9. En effet, si la température mesurée de la pile est inférieure à la température de fonctionnement déterminée alors le procédé commande la vanne trois voies de sorte que les gaz d’échappement chaud soit dirigé vers la pile. Dans le cas où la température mesurée de la pile est supérieure à la température de fonctionnement déterminée alors le procédé commande la vanne trois voies de sorte à diriger les gaz d’échappement chaud vers l’extérieur. Alternativement, le procédé peut également commander pour ne guider qu’une partie des gaz d’échappement chaud vers la pile en fonction de la température mesurée. Procédé de commande d’un groupe motopropulseur hybride (1) à hydrogène pour véhicule automobile comprenant : un réservoir à hydrogène (17) ; un moteur à combustion interne (3) à hydrogène alimenté par le réservoir (17), adapté à entraîner un arbre de transmission (7), ledit moteur (3) produisant des gaz d’échappement chaud ; une pile à combustible (9) alimenté par le réservoir (17) à hydrogène et un moteur électrique (5) alimenté par la pile à combustible (9), ledit moteur électrique (5) étant couplé à l’arbre de transmission (7) du véhicule automobile ; le procédé étant caractérisé en ce qu’on guide les gaz d’échappement chaud vers la pile à combustible (9) pour porter la température de la pile à combustible (9) à une température de fonctionnement déterminée. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que : on mesure la température de la pile à combustible (9) par un appareil de mesure de la température ; et, on guide les gaz d’échappement chaud vers la pile à combustible tant que la température de la pile mesurée est inférieure à la température de fonctionnement déterminée. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’on utilise une vanne trois voies (33) raccordée au moteur à combustion interne (3) pour récupérer les gaz d’échappement chaud et pour guider les gaz d’échappement chaud vers la pile à combustible (9) et vers l’extérieur (31). Procédé de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vanne trois voies (33) est couplée à l’appareil de mesure de la température. Groupe motopropulseur hybride (1) à hydrogène d’un véhicule automobile comprenant : un réservoir à hydrogène (17) ; un moteur à combustion interne (3) à hydrogène alimenté par le réservoir (17), adapté à entraîner un arbre de transmission (7) et, ledit moteur (2) produisant des gaz d’échappement chaud ; une pile à combustible (9) alimenté par le réservoir à hydrogène (17) ; et, un moteur électrique (5) alimenté par la pile à combustible (9), ledit moteur électrique (5) étant couplé à l’arbre de transmission (7); caractérisé en ce qu’il comprend un circuit de guidage (29) des gaz d’échappement chaud vers la pile à combustible (9) pour porter la température de la pile à combustible (9) à une température de fonctionnement déterminée. Groupe motopropulseur hybride (1) à hydrogène selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’il comprend un appareil de mesure de la température de la pile à combustible (9). Groupe motopropulseur hybride (1) à hydrogène selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de guidage (29) comprend une vanne trois voies (33) raccordée au moteur à combustion interne (3) pour récupérer les gaz d’échappement chaud et pour guider les gaz d’échappement chaud vers la pile à combustible (9) et vers l’extérieur. Groupe motopropulseur hybride (1) à hydrogène selon la revendication 7, caractérisé en ce que la vanne trois voies (33) est couplée à l’appareil de mesure de la température. Véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur hybride (1) à hydrogène selon l’une quelconque des revendications 5 à 8 commandé par le procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 4.