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FR2863779A1 - DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE OF A FUEL CELL SYSTEM ONBOARD A MOTOR VEHICLE. - Google Patents

DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE OF A FUEL CELL SYSTEM ONBOARD A MOTOR VEHICLE. Download PDF

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FR2863779A1
FR2863779A1 FR0314733A FR0314733A FR2863779A1 FR 2863779 A1 FR2863779 A1 FR 2863779A1 FR 0314733 A FR0314733 A FR 0314733A FR 0314733 A FR0314733 A FR 0314733A FR 2863779 A1 FR2863779 A1 FR 2863779A1
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Nathalie Cornet
Marielle Marchand
Olivier Gerard
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Renault SAS
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Abstract

Dispositif de régulation de la température d'un système de pile à combustible embarqué à bord d'un véhicule automobile, comprenant un circuit de circulation (2) d'un fluide caloporteur pour la régulation thermique du système, une unité de commande électronique (24), une pompe (3) commandée par l'unité de commande électronique (24), et une pluralité de capteurs de température (4, 5, 6, 7) dont l'un (4) est placé en sortie de la pile à combustible. Le circuit de circulation (2) traverse la pile à combustible (1) et un condenseur pré-anodique (8), et comprend une première pluralité de vannes de régulation (9, 10, 11, 12) commandées par l'unité de commande électronique (24) de manière à maintenir, en fonctionnement nominal, une température (Topt) dans la pile à combustible (1) comprise dans un intervalle de températures.Device for regulating the temperature of an on-board fuel cell system on board a motor vehicle, comprising a circulation circuit (2) for a heat transfer fluid for the thermal regulation of the system, an electronic control unit (24) ), a pump (3) controlled by the electronic control unit (24), and a plurality of temperature sensors (4, 5, 6, 7) of which one (4) is placed at the output of the battery combustible. The circulation circuit (2) passes through the fuel cell (1) and a pre-anodic condenser (8), and comprises a first plurality of control valves (9, 10, 11, 12) controlled by the control unit electronics (24) to maintain, in nominal operation, a temperature (Topt) in the fuel cell (1) within a temperature range.

Description

2863779 12863779 1

Dispositif et procédé de régulation de température d'un système de pile à combustible embarqué à bord d'un véhicule automobile La présente invention concerne un dispositif et un procédé de régulation de la température d'un système de pile à combustible embarqué à bord d'un véhicule automobile.  The present invention relates to a device and a method for regulating the temperature of an onboard fuel cell system onboard a device. a motor vehicle.

Les piles à combustible sont utilisées pour fournir de l'énergie soit dans des installations stationnaires, soit dans le domaine aéronautique ou automobile. Le développement de ces piles en vue de leur intégration dans des véhicules automobiles met en lumière des contraintes particulières.  Fuel cells are used to provide energy either in stationary installations or in the aeronautical or automobile field. The development of these batteries for integration into motor vehicles highlights particular constraints.

Les dispositifs de pile à combustible, lorsqu'ils sont embarqués à bord de véhicules automobiles, sont conçus en fonction des contraintes du véhicule, notamment des contraintes dimensionnelles. De plus, le circuit de refroidissement de ces dispositifs doit être dimensionné pour une vitesse de 165 km/h et une température extérieure de 45 C, afin qu'il n'y ait pas de problèmes même lors de ces conditions d'utilisation poussées. Il faut pouvoir augmenter, dans certaines conditions poussées d'utilisation du véhicule, la température de la pile à combustible à des températures supérieures à 100 C, ce qui nécessite de pouvoir réaliser une membrane pouvant fonctionner à ce niveau de température sans trop se dégrader pendant la durée de vie moyenne du véhicule.  Fuel cell devices, when embedded in motor vehicles, are designed according to the constraints of the vehicle, including dimensional constraints. In addition, the cooling circuit of these devices must be sized for a speed of 165 km / h and an outside temperature of 45 C, so that there are no problems even under these conditions of use. It must be possible to increase, under certain high conditions of use of the vehicle, the temperature of the fuel cell at temperatures above 100 C, which requires the ability to produce a membrane that can operate at this temperature level without degrading during the average life of the vehicle.

On a déjà imaginé diverses solutions pour gérer la température d'une pile à combustible.  Various solutions have already been devised for managing the temperature of a fuel cell.

On pourra à cet égard se référer aux demandes de brevet US 2002/0037447 et EP 0 999 078 qui décrivent des dispositifs de gestion de la température d'un circuit de circulation de fluide caloporteur d'un véhicule comprenant une pile à combustible. Ces dispositifs ne peuvent toutefois pas adapter la température de la pile à combustible aux contraintes du système.  In this regard, reference may be made to US patent applications 2002/0037447 and EP 0 999 078 which describe devices for managing the temperature of a heat transfer fluid circulation circuit of a vehicle comprising a fuel cell. These devices can not, however, adapt the temperature of the fuel cell to the constraints of the system.

2863779 2 Le brevet US 6 394 207 propose une gestion thermique d'un véhicule comprenant une pile à combustible, notamment pour chauffer la pile à combustible lorsqu'il fait froid et chauffer ou refroidir d'autres éléments, sans gestion fine de la température de la pile à combustible.  The US Pat. No. 6,394,207 proposes a thermal management of a vehicle comprising a fuel cell, in particular for heating the fuel cell during cold weather and for heating or cooling other elements, without fine management of the temperature of the fuel cell. the fuel cell.

La demande de brevet EP 1 187 242 propose une gestion thermique de la pile à combustible, mais sans notamment optimiser ses performances en régime nominal.  The patent application EP 1 187 242 proposes a thermal management of the fuel cell, but without in particular optimizing its performance in nominal mode.

Ainsi, au vu de ce qui précède, l'invention a pour but d'amener le plus rapidement possible et de maintenir une pile à combustible dans un intervalle de température, dans lequel les performances de la pile à combustible sont optimales, en respectant les contraintes thermiques de refroidissement.  Thus, in view of the above, the object of the invention is to bring about as quickly as possible and to maintain a fuel cell in a temperature range, in which the performance of the fuel cell is optimal, while respecting the thermal constraints of cooling.

L'invention a donc pour but un dispositif de régulation de la température d'un système de pile à combustible embarqué à bord d'un véhicule automobile. Ce dispositif comprend un circuit de circulation d'un fluide caloporteur pour la régulation thermique du système, une unité de commande électronique, une pompe commandée par l'unité de commande électronique, et une pluralité de capteurs de température dont l'un est placé en sortie de la pile à combustible. Le circuit de circulation traverse la pile à combustible et un condenseur pré-anodique, et comprend une première pluralité de vannes de régulation commandées par l'unité de commande électronique de manière à maintenir, en fonctionnement nominal, une température dans la pile à combustible comprise dans un intervalle prédéterminé de températures.  The invention therefore aims a device for regulating the temperature of a fuel cell system on board a motor vehicle. This device comprises a circulation circuit of a heat transfer fluid for the thermal regulation of the system, an electronic control unit, a pump controlled by the electronic control unit, and a plurality of temperature sensors, one of which is placed in position. output of the fuel cell. The circulation circuit passes through the fuel cell and a pre-anode condenser, and comprises a first plurality of control valves controlled by the electronic control unit so as to maintain, in nominal operation, a temperature in the fuel cell included in a predetermined range of temperatures.

On optimise alors le fonctionnement de la pile à combustible, et on l'amène le plus rapidement possible dans cet intervalle de températures de fonctionnement optimal.  The operation of the fuel cell is then optimized and brought as quickly as possible to this optimum operating temperature range.

Par exemple, la première pluralité de vannes de régulation commandées comprend une première vanne de régulation trois voies et un premier ensemble de vannes de régulation deux voies.  For example, the first plurality of controlled control valves comprises a first three-way control valve and a first set of two-way control valves.

2863779 3 Dans un mode de réalisation préféré, l'unité de commande électronique est apte à maintenir, en fonctionnement nominal, une température dans la pile à combustible un intervalle de températures étant une fonction de la température maximale d'utilisation de la membrane de la pile à combustible.  In a preferred embodiment, the electronic control unit is able to maintain, in nominal operation, a temperature in the fuel cell, a temperature range being a function of the maximum temperature of use of the membrane of the fuel cell. Fuel cell.

Par exemple, l'intervalle de températures dans lequel les performances de la pile à combustible sont optimales est l'intervalle 80 C-90 C.  For example, the temperature range in which the performance of the fuel cell is optimal is the 80 C-90 C range.

C'est généralement dans cet intervalle de températures, qu'une pile à combustible, comprenant une membrane de type perfluorée, embarquée à bord d'un véhicule automobile, a une performance optimale.  It is generally within this temperature range that a fuel cell, comprising a perfluorinated type membrane, embarked on board a motor vehicle, has an optimal performance.

Dans un mode de réalisation avantageux, l'unité de commande électronique est adaptée pour commander la pompe et les premières vannes de régulation pour gérer les débits de fluide caloporteur afin que la pile à combustible fonctionne à une température supérieure à la borne supérieure dudit intervalle et inférieure à une température limite, lorsqu'il est nécessaire d'augmenter la quantité d'énergie thermique échangée avec l'air extérieur.  In an advantageous embodiment, the electronic control unit is adapted to control the pump and the first control valves for managing the heat transfer fluid flows so that the fuel cell operates at a temperature higher than the upper limit of said interval and less than a limit temperature, when it is necessary to increase the amount of heat energy exchanged with the outside air.

Dans des conditions plus poussées d'utilisation du véhicule, il est parfois nécessaire d'augmenter la température de fonctionnement de la pile à combustible, afin de pouvoir évacuer une plus grande puissance thermique avec l'air extérieur.  In more advanced conditions of use of the vehicle, it is sometimes necessary to increase the operating temperature of the fuel cell, in order to be able to evacuate a greater thermal power with the outside air.

Dans un mode de réalisation préféré, ladite température limite est une fonction de la température maximale d'utilisation de la membrane de la pile à combustible.  In a preferred embodiment, said limiting temperature is a function of the maximum operating temperature of the fuel cell membrane.

Par exemple la température limite vaut environ 110 C.  For example the temperature limit is about 110 C.

Dans un mode de réalisation avantageux, le circuit de circulation traverse en outre un radiateur de refroidissement du fluide caloporteur, un premier radiateur d'air de suralimentation, un deuxième radiateur d'air de suralimentation, un aérotherme, un condenseur anodique, un condenseur cathodique, un moteur électrique, et des composants électroniques. Le circuit de 2863779 4 circulation du fluide caloporteur comprend, en outre, une deuxième pluralité de vannes de régulation commandées par l'unité de commande électronique, pour maintenir une température des radiateurs d'air de suralimentation, une température de l'aérotherme, une température du condenseur pré-anodique, une température du condenseur anodique, une température du condenseur cathodique, une température du moteur électrique, et une température des composants électroniques, inférieures à une température critique, afin d'éviter une dégradation de ces éléments.  In an advantageous embodiment, the circulation circuit also passes through a cooling radiator for the heat transfer fluid, a first charge air radiator, a second charge air radiator, a fan heater, an anode condenser, a cathode condenser. , an electric motor, and electronic components. The coolant circulation circuit 2863779 comprises, in addition, a second plurality of control valves controlled by the electronic control unit, for maintaining a temperature of the charge air radiators, a temperature of the heater, a pre-anodic condenser temperature, anode condenser temperature, a cathode condenser temperature, an electric motor temperature, and a temperature of the electronic components, below a critical temperature, to avoid degradation of these elements.

En effet, certains des éléments du système de pile à combustible ne doivent pas dépasser une température critique, au-delà de laquelle ils seraient détériorés.  Indeed, some of the elements of the fuel cell system must not exceed a critical temperature, beyond which they would be damaged.

Par exemple, la deuxième pluralité de vannes de régulation commandées comprend une vanne de régulation trois voies et un deuxième ensemble de vannes de régulation deux voies.  For example, the second plurality of controlled control valves comprises a three-way control valve and a second set of two-way control valves.

Dans un mode de réalisation préféré, la température critique vaut environ 65 C.  In a preferred embodiment, the critical temperature is about 65 C.

L'invention propose également un procédé de régulation de la température d'un système de pile à combustible embarqué à bord d'un véhicule automobile. On commande une première pluralité de vannes de régulation et une pompe d'un circuit de circulation d'un fluide caloporteur pour maintenir, en fonctionnement nominal, une température dans la pile à combustible comprise dans un intervalle prédéterminé de températures.  The invention also proposes a method for regulating the temperature of an on-board fuel cell system on a motor vehicle. A first plurality of control valves and a pump of a heat transfer fluid circulating circuit are controlled to maintain, in nominal operation, a temperature in the fuel cell within a predetermined range of temperatures.

Dans un mode de mise en oeuvre préféré, on commande la pompe et une deuxième pluralité de vannes de régulation pour gérer les débits de fluide caloporteur afin que la température dans la pile à combustible soit supérieure à la borne supérieure dudit l'intervalle et inférieure à une température limite, lorsqu'il est nécessaire d'augmenter la quantité d'énergie thermique échangée avec l'air extérieur.  In a preferred embodiment, the pump and a second plurality of control valves are controlled to manage the flow rates of heat transfer fluid so that the temperature in the fuel cell is greater than the upper limit of said interval and less than a limit temperature, when it is necessary to increase the amount of thermal energy exchanged with the outside air.

2863779 5 Dans un mode de mise en oeuvre avantageux, on commande la pompe, une deuxième pluralité de vannes de régulation pour gérer les débits de fluide caloporteur afin de maintenir la température des radiateurs d'air de suralimentation, la température d'un aérotherme, la température d'un condenseur pré-anodique, la température d'un condenseur anodique, la température d'un condenseur cathodique, la température d'un moteur électrique, et la température d'une électronique inférieures à une température critique, afin d'éviter une dégradation de ces éléments.  In an advantageous embodiment, the pump is controlled, a second plurality of control valves for managing the flow of heat transfer fluid to maintain the temperature of the charge air radiators, the temperature of a heater, the temperature of a pre-anodic condenser, the temperature of an anode condenser, the temperature of a cathode condenser, the temperature of an electric motor, and the temperature of an electronics below a critical temperature, in order to avoid a degradation of these elements.

D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence au dessin annexé sur lequel est représenté un dispositif de régulation selon l'invention.  Other objects, features and advantages of the invention will become apparent on reading the following description, given solely by way of nonlimiting example, and with reference to the appended drawing on which is represented a regulating device according to the invention. .

Sur la figure, on a représenté l'architecture générale d'un dispositif de régulation de température selon l'invention. ce dispositif est destiné à être embarqué à bord d'un véhicule automobile équipé d'une pile à combustible 1 pour en réguler la température.  In the figure, there is shown the general architecture of a temperature control device according to the invention. this device is intended to be on board a motor vehicle equipped with a fuel cell 1 to regulate the temperature.

Comme on le voit sur cette figure, le dispositif de régulation comporte un circuit de circulation 2 d'un fluide caloporteur pour la régulation thermique du système de pile à combustible. Le système de pile à combustible du véhicule est constitué par un système de pile à combustible de type classique. Il ne sera donc pas décrit en détail. On notera toutefois qu'il est équipé de moyens pour alimenter la pile 1 en hydrogène et d'un groupe de compression d'air pour alimenter la pile 1 en oxygène (non représentés).  As seen in this figure, the control device comprises a circulation circuit 2 of a coolant for the thermal regulation of the fuel cell system. The fuel cell system of the vehicle is constituted by a conventional fuel cell system. It will not be described in detail. It will be noted, however, that it is equipped with means for supplying the cell 1 with hydrogen and with an air compression unit for supplying the cell 1 with oxygen (not shown).

Le dispositif de régulation est équipé d'une pompe 3 pour faire circuler le fluide caloporteur. Une pluralité de capteurs de température 4, 5, 6 et 7 sont prévus pour mesurer la température du fluide dans le circuit. L'un des capteurs référencé 4 mesure la température à l'intérieur de la pile à combustible 1. Le dispositif 2863779 6 comprend également un condenseur pré-anodique 8, une première vanne de régulation trois voies 9, et un premier ensemble de vannes de régulation deux voies 10, 11 et 12, ainsi qu'une deuxième vanne de régulation trois voies 13 et un deuxième ensemble de vannes de régulation deux voies 14 et 15. Le dispositif comprend en outre un premier et un deuxième radiateur d'air de suralimentation (RAS) 16 et 17, un aérotherme 18 et un radiateur 19. Tous ces radiateurs 8, 16, 17, 19 et l'aérotherme 18 sont des échangeurs thermiques. Le dispositif gère en outre la température d'un condenseur anodique 20, d'un condenseur cathodique 21, d'un moteur électrique 22, et d'un ensemble de composants électronique 23.  The regulating device is equipped with a pump 3 for circulating the coolant. A plurality of temperature sensors 4, 5, 6 and 7 are provided for measuring the temperature of the fluid in the circuit. One of the sensors referenced 4 measures the temperature inside the fuel cell 1. The device 2863779 6 also comprises a pre-anodic condenser 8, a first three-way control valve 9, and a first set of control valves. two-way control system 10, 11 and 12, and a second three-way control valve 13 and a second set of two-way control valves 14 and 15. The device further comprises a first and a second charge air radiator (RAS) 16 and 17, a heater 18 and a radiator 19. All these radiators 8, 16, 17, 19 and the heater 18 are heat exchangers. The device also manages the temperature of an anode condenser 20, a cathode condenser 21, an electric motor 22, and a set of electronic components 23.

En outre, le dispositif comprend une unité de commande électronique (UCE) 24. Les vannes de régulations trois voies 9 et 13 sont respectivement connectées à l'unité de commande électronique, 24 par des connexions 25 et 26, et les vannes de régulation deux voies 10, 11, 12, 14, et 15 sont respectivement connectées à l'unité de commande électronique 24 par des connexions 27, 28, 29, 30 et 31. L'unité de commande électronique 24 est également reliée à chacun des capteurs de température 4, 5, 6 et 7, respectivement par des connexions 32, 33, 34 et 35, ainsi qu'au moteur électrique 22, à l'électronique 23, et à la pompe 3, respectivement par des connexions 36 et 37 et 38.  In addition, the device comprises an electronic control unit (ECU) 24. The three-way control valves 9 and 13 are respectively connected to the electronic control unit, 24 by connections 25 and 26, and the two control valves 10, 11, 12, 14, and 15 are respectively connected to the electronic control unit 24 by connections 27, 28, 29, 30 and 31. The electronic control unit 24 is also connected to each of the sensors of 4, 5, 6 and 7, respectively by connections 32, 33, 34 and 35, as well as the electric motor 22, the electronics 23, and the pump 3, respectively by connections 36 and 37 and 38. .

Le circuit de circulation 2 du fluide caloporteur comprend une branche 39 traversant la pile à combustible 1 et une branche 40, parallèle à la branche 39 et comprenant la vanne deux voies 12, qui se rejoignent en une branche 41. Une branche 42 traversant le premier radiateur d'air de suralimentation se sépare en deux branches 40 et 43, la branche 43 comprenant la vanne deux voies 11. Une branche 44 reliée à la vanne trois voies 9, se sépare en deux branches parallèles 42 et 45, la branche 45 comprenant la vanne deux voies 10 et rejoignant la branche 43 pour former la branche 39. Une autre branche 46 reliée à la vanne trois voies 9 rejoint la branche 41 en une branche 47. La branche 2863779 7 47 se sépare en deux branches 48 et 49. La branche 48 se séparant en plusieurs branches, dont l'une 50 comprend la vanne deux voies 15 et rejoint le radiateur 19. La branche 49 traverse l'aérotherme 18, comprend un ajutage 50a, et rejoint une branche 62 en une branche 49b. La branche 49b rejoint une branche 51 traversant le moteur électrique 22 et le condenseur anodique 20 en une branche 52. La branche 52 et une branche 53, traversant l'électronique 23 et le condenseur cathodique 21, se rejoignent en une branche 54, comprenant la pompe 3 et le capteur thermique 6, et reliée à la vanne trois voies 9. Une branche 55 relie le radiateur 19 à la vanne trois voies 13, et une branche 56 comprenant la vanne deux voies 14 rejoint une branche 57 sortant du radiateur 19 en une branche 58, qui traverse le troisième radiateur d'air de suralimentation 17 et qui comprend le capteur thermique 7.  The circulation circuit 2 of the coolant comprises a branch 39 passing through the fuel cell 1 and a branch 40, parallel to the branch 39 and comprising the two-way valve 12, which meet in a branch 41. A branch 42 passing through the first charge air radiator separates into two branches 40 and 43, the branch 43 comprising the two-way valve 11. A branch 44 connected to the three-way valve 9, separates into two parallel branches 42 and 45, the branch 45 comprising the two-way valve 10 and joining the branch 43 to form the branch 39. Another branch 46 connected to the three-way valve 9 joins the branch 41 in a branch 47. The branch 2863779 7 47 separates into two branches 48 and 49. The branch 48 separating into several branches, one of which includes the two-way valve 15 and joined the radiator 19. The branch 49 through the heater 18, comprises a nozzle 50a, and joined a branch 62 in a branch 49b. The branch 49b joins a branch 51 passing through the electric motor 22 and the anode condenser 20 into a branch 52. The branch 52 and a branch 53, passing through the electronics 23 and the cathode condenser 21, meet in a branch 54, comprising the pump 3 and the thermal sensor 6, and connected to the three-way valve 9. A branch 55 connects the radiator 19 to the three-way valve 13, and a branch 56 comprising the two-way valve 14 joins a branch 57 coming out of the radiator 19. a branch 58, which passes through the third charge air radiator 17 and which comprises the thermal sensor 7.

Lorsque le fluide caloporteur traverse le radiateur 19, le débit de fluide caloporteur sortant par la branche 55 est très supérieur à celui sortant par la branche 57. La branche 58 se sépare en deux branches 51 et 53. Une branche 59 reliée à la vanne trois voies 13 se sépare en deux branches 60 et 61. La branche 60 traverse le premier radiateur d'air de suralimentation 16 et rejoint la branche 61 en la branche 62. La branche 61 comprend un ajutage 63.  When the coolant passes through the radiator 19, the flow of heat transfer fluid leaving the branch 55 is much greater than that exiting through the branch 57. The branch 58 splits into two branches 51 and 53. A branch 59 connected to the valve three lanes 13 splits into two branches 60 and 61. The branch 60 passes through the first charge air cooler 16 and joins the branch 61 to the branch 62. The branch 61 comprises a nozzle 63.

La branche 61 permet de ne pas faire passer un trop fort débit de fluide caloporteur dans le premier radiateur d'air de suralimentation 16. Les ajutages 50a et 63 permettent de réguler les débits dans leurs branches. La branche 61 permet notamment de limiter la perte de charge du circuit lorsque le débit dans la branche 55 est important.  The branch 61 makes it possible not to pass a too high flow of heat transfer fluid in the first charge air radiator 16. The nozzles 50a and 63 can regulate the flow rates in their branches. The branch 61 allows in particular to limit the pressure drop of the circuit when the flow in the branch 55 is important.

En outre, l'unité de commande électronique 24 comprend des moyens de commande 64 aptes à commander les vannes deux et trois voies 10, 11, 14, 15, 9 et 13 pour gérer les températures dans la pile à combustible 1 et dans d'autres éléments du système, en fonction d'informations transmises notamment par les différents capteurs de température 4, 5, 6 et 7.  In addition, the electronic control unit 24 comprises control means 64 able to control the two and three-way valves 10, 11, 14, 15, 9 and 13 to manage the temperatures in the fuel cell 1 and in other elements of the system, according to information transmitted in particular by the different temperature sensors 4, 5, 6 and 7.

2863779 8 Dans un mode de fonctionnement de démarrage de la pile à combustible 1, il est important de faire monter le plus rapidement possible la température dans la pile 1 à une température optimale de fonctionnement comprise dans l'intervalle de températures 80 C-90 C. En effet, lorsque la pile à combustible fonctionne à des températures inférieures, son rendement est nettement plus faible.  In a start-up mode of the fuel cell 1, it is important to raise the temperature in the stack 1 as quickly as possible to an optimum operating temperature within the temperature range 80 C-90 C Indeed, when the fuel cell operates at lower temperatures, its efficiency is significantly lower.

Pour faire monter la température dans la pile 1, le débit du fluide caloporteur dans la pile 1 doit être faible afin d'éliminer le moins possible l'énergie thermique produite par les réactions exothermiques électrochimiques. Les moyens de commande 64 commandent alors dans une phase de démarrage les vannes deux voies 10, 11 et 12, ainsi que la vanne trois voies 9, afin d'ajuster le débit de fluide caloporteur dans la branche 39 traversant la pile à combustible 1, à partir des mesures de températures des capteurs 4 et 5. Par exemple, on ferme les vannes 10 et 11 pour avoir un débit nul de liquide caloporteur traversant la pile 1. On peut même envisager de faire circuler un fluide caloporteur réchauffé dans la branche 39 traversant la pile 1, pour la réchauffer encore plus rapidement, en fermant les vannes 10 et 12, et en ouvrant la vanne 11.  To raise the temperature in the cell 1, the flow rate of the heat transfer fluid in the cell 1 must be low in order to eliminate as little as possible the thermal energy produced by the electrochemical exothermic reactions. The control means 64 then control in a starting phase the two-way valves 10, 11 and 12, as well as the three-way valve 9, in order to adjust the coolant flow rate in the branch 39 passing through the fuel cell 1, from the temperature measurements of the sensors 4 and 5. For example, it closes the valves 10 and 11 to have a zero flow of heat transfer fluid through the stack 1. It can even be considered to circulate a heat transfer fluid heated in the branch 39 passing through the cell 1, to heat it up even more rapidly, by closing the valves 10 and 12, and by opening the valve 11.

On réchauffe alors le fluide caloporteur avec un débit faible traversant le radiateur d'air de suralimentation 8 de la branche 42. Les moyens de commandes gèrent ensuite la pompe 3 et les ouvertures des différentes vannes pour adapter le débit et la température du fluide caloporteur traversant la pile 1, en fonction des mesures transmises par les capteurs de température 4 et 5 à l'unité de commande électronique 24.  The heat transfer fluid is then heated with a low flow rate passing through the charge air cooler 8 of the branch 42. The control means then manage the pump 3 and the openings of the various valves in order to adapt the flow rate and the temperature of the heat transfer fluid therethrough. the battery 1, as a function of the measurements transmitted by the temperature sensors 4 and 5 to the electronic control unit 24.

En fonctionnement nominal, las moyens de commande 64 gèrent la pompe 3 et les ouvertures des différentes vannes pour adapter le débit et la température du fluide caloporteur traversant la pile 1, en fonction des mesures transmises par les capteurs de température 4 et 5 à l'unité de commande électronique 24, afin de maintenir la température Top, dans la pile dans l'intervalle de 2863779 9 températures 80 C-90 C, correspondant à un fonctionnement optimal de la pile 1.  In nominal operation, the control means 64 manage the pump 3 and the openings of the various valves to adapt the flow rate and the temperature of the heat transfer fluid passing through the cell 1, as a function of the measurements transmitted by the temperature sensors 4 and 5 to the electronic control unit 24, in order to maintain the temperature Top, in the stack in the range 2863779 9 temperatures 80 C-90 C, corresponding to an optimal operation of the battery 1.

Lorsque l'énergie demandée à la pile à combustible 1 est trop faible pour que les réactions électrochimiques exothermiques puissent libérer assez d'énergie thermique pour maintenir la température dans pile 1 dans cet intervalle de températures, les moyens de commande 64 peuvent fermer les vannes 10 et 11 pour avoir un débit nul de liquide caloporteur traversant la pile 1, afin de ne pas la refroidir. Les moyens de commande 64, dans ce cas, peuvent en outre réchauffer le fluide caloporteur en le faisant circuler dans le radiateur d'air de suralimentation 8, en fermant les vannes 10 et 12, et en ouvrant la vanne 11.  When the energy demanded at the fuel cell 1 is too small for the electrochemical exothermic reactions to release enough thermal energy to maintain the temperature in the battery 1 within this temperature range, the control means 64 can close the valves 10. and 11 to have a zero flow of heat transfer fluid through the stack 1, so as not to cool. The control means 64, in this case, can furthermore heat the heat transfer fluid by circulating it in the charge air radiator 8, by closing the valves 10 and 12, and by opening the valve 11.

Lorsque le refroidissement devient critique, c'est-à-dire lorsque l'énergie thermique à évacuer est trop importante quand le véhicule roule vite ou lorsque la température extérieure est élevée et diminue la quantité d'énergie thermique évacuée, les moyens de commande 61 gèrent la pompe 3 et les ouvertures des différentes vannes pour adapter le débit et la température du fluide caloporteur traversant la pile 1, en fonction des mesures transmises par les capteurs de température 4 et 5 à l'unité de commande électronique 24, afin que la pile 1 puisse fonctionner à une température proche d'une température limite Tiim, par exemple d'une valeur d'environ 110 C, ce qui permet au radiateur 19 d'évacuer plus d'énergie thermique par accroissement de la différence de températures entre l'air extérieur et le fluide caloporteur dans le radiateur 19. La température limite Tain, est une fonction de la température maximale d'utilisation de la membrane de la pile.  When the cooling becomes critical, that is to say when the thermal energy to be evacuated is too high when the vehicle is moving fast or when the external temperature is high and decreases the amount of heat energy removed, the control means 61 manage the pump 3 and the openings of the different valves to adapt the flow rate and the temperature of the heat transfer fluid passing through the stack 1, according to the measurements transmitted by the temperature sensors 4 and 5 to the electronic control unit 24, so that the Stack 1 can operate at a temperature close to a temperature limit Tiim, for example a value of about 110 C, which allows the radiator 19 to evacuate more thermal energy by increasing the temperature difference between outside air and heat transfer fluid in the radiator 19. The temperature limit Tain, is a function of the maximum temperature of use of the membrane of the battery.

Tout en assurant la montée en température de la pile 1 jusqu'à une température optimale T pt située dans l'intervalle de température défini précédemment, il faut assurer le refroidissement des organes devant rester à des températures inférieures à une température critique Terit, par exemple de l'ordre de 65 C. Lorsque le fluide caloporteur atteint une température 2863779 10 proche de Tcr;t, par exemple Tcrit-10 C, les moyens de commandes 60 recevant des mesures de températures des capteurs de température 6 et 7, commandent les vannes deux voies et trois voies, afin de refroidir le fluide caloporteur. Les moyens de commande 64 ferment la vanne deux voies 14 et ouvrent la vanne deux voies 15, afin de refroidir le fluide caloporteur par passage dans le radiateur 19. En outre ils commandent la vanne trois voies 13 de manière à ce que le fluide circule entre le radiateur 19 et dans le radiateur d'air de suralimentation 16 par les branches 55 et 60. Le fluide caloporteur est ainsi refroidi avant de traverser le radiateur d'air de suralimentation 2.  While ensuring the temperature rise of the battery 1 to an optimum temperature T pt within the temperature range defined above, it is necessary to ensure the cooling of the organs to remain at temperatures below a critical temperature Terit, for example of the order of 65 C. When the heat transfer fluid reaches a temperature close to Tcr; tcrit-10 C, for example, the control means 60 receiving temperature measurements from the temperature sensors 6 and 7 control the two-way and three-way valves to cool the coolant. The control means 64 close the two-way valve 14 and open the two-way valve 15, in order to cool the coolant by passing through the radiator 19. In addition, they control the three-way valve 13 so that the fluid circulates between the radiator 19 and in the charge air radiator 16 by the branches 55 and 60. The heat transfer fluid is thus cooled before passing through the charge air radiator 2.

L'invention permet donc de gérer la température dans une pile à combustible embarquée sur un véhicule automobile afin d'optimiser son fonctionnement.  The invention thus makes it possible to manage the temperature in a fuel cell on board a motor vehicle in order to optimize its operation.

L'invention permet en outre de gérer la température dans le reste du système de pile à combustible, afin d'éviter des dégradations d'équipements qui pourraient être causés par une trop forte température.  The invention also makes it possible to manage the temperature in the rest of the fuel cell system, in order to avoid equipment damage that could be caused by too high a temperature.

Claims (13)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation de la température d'un système de pile à combustible embarqué à bord d'un véhicule automobile, comprenant un circuit de circulation (2) d'un fluide caloporteur pour la régulation thermique du système, une unité de commande électronique (24), une pompe (3) commandée par l'unité de commande électronique (24), et une pluralité de capteurs de température (4, 5, 6, 7) dont l'un (4) est placé en sortie de la pile à combustible (1), caractérisé par le fait que ledit circuit de circulation (2) traverse la pile à combustible (1) et un condenseur pré-anodique (8), et comprend une première pluralité de vannes de régulation commandées par l'unité de commande électronique (24) de manière à maintenir, en fonctionnement nominal, une température (Tops) dans la pile à combustible (1) comprise dans un intervalle prédéterminé de températures.  1. Device for regulating the temperature of a fuel cell system on board a motor vehicle, comprising a circulation circuit (2) for a heat transfer fluid for the thermal regulation of the system, an electronic control unit (24), a pump (3) controlled by the electronic control unit (24), and a plurality of temperature sensors (4, 5, 6, 7) of which one (4) is placed at the output of the fuel cell (1), characterized in that said circulation circuit (2) passes through the fuel cell (1) and a pre-anodic condenser (8), and comprises a first plurality of control valves controlled by the electronic control unit (24) to maintain, in nominal operation, a temperature (Tops) in the fuel cell (1) within a predetermined temperature range. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la première pluralité de vannes de régulation commandées comprend une première vanne de régulation trois voies (9) et un premier ensemble de vannes de régulation deux voies (10, 11, 12).  2. Device according to claim 1, characterized in that the first plurality of controlled control valves comprises a first three-way control valve (9) and a first set of two-way control valves (10, 11, 12). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'unité de commande électronique (24) est apte à maintenir, en fonctionnement nominal, une température (Tops) dans la pile à combustible (1) dans un intervalle de températures étant une fonction de la température maximale d'utilisation de la membrane de la pile à combustible (1).  3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the electronic control unit (24) is adapted to maintain, in nominal operation, a temperature (Tops) in the fuel cell (1) in a range of temperatures being a function of the maximum operating temperature of the fuel cell membrane (1). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'intervalle de températures dans lequel les performances de la pile à combustible sont optimales est l'intervalle 80 C-90 C.  4. Device according to claim 3, characterized in that the temperature range in which the performance of the fuel cell is optimal is the interval 80 C-90 C. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'unité de commande électronique (24) est adaptée pour commander la 2863779 12 pompe (3) et les premières vannes de régulation (9, 10, 11, 12) pour gérer les débits de fluide caloporteur afin que la pile à combustible (1) fonctionne à une température supérieure à la borne supérieure dudit intervalle et inférieure à une température limite (Tiim), lorsqu'il est nécessaire d'augmenter la quantité d'énergie thermique échangée avec l'air extérieur.  5. Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the electronic control unit (24) is adapted to control the pump 2863779 12 (3) and the first control valves (9, 10, 11, 12) for managing the coolant flow rates so that the fuel cell (1) operates at a temperature above the upper limit of said range and below a limiting temperature (Tiim), when it is necessary to increase the amount of thermal energy exchanged with the outside air. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite température limite est une fonction de la température maximale d'utilisation de la membrane de la pile à combustible (1).  6. Device according to claim 5, characterized in that said limit temperature is a function of the maximum operating temperature of the membrane of the fuel cell (1). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ladite température limite (Tlim) vaut environ 110 C.  7. Device according to claim 6, characterized in that said limit temperature (Tlim) is about 110 C. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que ledit circuit de circulation (2) traverse en outre un radiateur de refroidissement (19) du fluide caloporteur, un premier radiateur d'air de surâ m i tfôh (16), un deuxième radiateur d'air de suralimentation (17), un aérotherme (18), un condenseur anodique (20), un condenseur cathodique (21), un moteur électrique (22), et des composants électroniques (23), et comprend en outre une deuxième pluralité de vannes de régulation commandées par l'unité de commande électronique (24), pour maintenir une température des radiateurs d'air de suralimentation (16, 17), une température de l'aérotherme (18), une température du condenseur pré-anodique (8), une température du condenseur anodique (20), une température du condenseur cathodique (21), une température du moteur électrique (22), et une température des composants électroniques (23), inférieures à une température critique (Tcrit), afin d'éviter une dégradation de ces éléments.  8. Device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that said circulation circuit (2) also passes through a cooling radiator (19) of the heat transfer fluid, a first air radiator supâ mi tfôh (16), a second charge air cooler (17), a heater (18), an anode condenser (20), a cathode condenser (21), an electric motor (22), and electronic components (23) , and further comprises a second plurality of control valves controlled by the electronic control unit (24), for maintaining a temperature of the charge air radiators (16, 17), a temperature of the heater (18) , a pre-anode condenser temperature (8), an anode condenser temperature (20), a cathode condenser temperature (21), a temperature of the electric motor (22), and a temperature of the electronic components (23), lower at a critical temperature (Tcr it), in order to avoid a degradation of these elements. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la deuxième pluralité de vannes de régulation commandées comprend une vanne de régulation trois voies (13) et un deuxième ensemble de vannes de régulation deux voies (14, 15).  9. Device according to claim 8, characterized in that the second plurality of controlled control valves comprises a three-way control valve (13) and a second set of two-way control valves (14, 15). 2863779 13  2863779 13 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que ladite température critique (Tcr;t) vaut environ 65 C.10. Device according to claim 9, characterized in that said critical temperature (Tcr; t) is about 65 C. 11. Procédé de régulation de la température d'un système de pile à combustible embarqué à bord d'un véhicule automobile, caractérisé par le fait que l'on commande une première pluralité de vannes de régulation et une pompe (3) d'un circuit de circulation (2) d'un fluide caloporteur pour maintenir, en fonctionnement nominal, une température (T Pt) dans la pile à combustible (1) comprise dans un intervalle prédéterminé de températures.  11. A method for regulating the temperature of an on-board fuel cell system on a motor vehicle, characterized in that a first plurality of control valves and a pump (3) of a circulation circuit (2) of a heat transfer fluid for maintaining, in nominal operation, a temperature (T Pt) in the fuel cell (1) within a predetermined temperature range. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que l'on commande la pompe (3) et une deuxième pluralité de vannes de régulation pour gérer les débits de fluide caloporteur afin que la température dans la pile à combustible (1) soit supérieure à la borne supérieure dudit l'intervalle et inférieure à une température limite (Tiim), lorsqu'il est nécessaire d'augmenter la quantité d'énergie thermique échangée avec l'air extérieur.  12. Method according to claim 11, characterized in that the pump (3) and a second plurality of control valves are controlled to manage the flows of coolant so that the temperature in the fuel cell (1) is greater than the upper limit of said range and less than a limit temperature (Tiim), when it is necessary to increase the amount of heat energy exchanged with the outside air. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé par le fait que l'on commande la pompe (3), une deuxième pluralité de vannes de régulation pour gérer les débits de fluide caloporteur afin de maintenir la température des radiateurs d'air de suralimentation (16, 17), la température d'un aérotherme (18), la température d'un condenseur pré- anodique (8), la température d'un condenseur anodique (20), la température d'un condenseur cathodique (21), la température d'un moteur électrique (22), et la température de composants électroniques (23) inférieures à une température critique (Terit), afin d'éviter une dégradation de ces éléments.  Method according to claim 12, characterized in that the pump (3) is controlled, a second plurality of regulating valves for controlling the coolant flows to maintain the temperature of the charge air radiators ( 16, 17), the temperature of a heater (18), the temperature of a pre-anode condenser (8), the temperature of an anode condenser (20), the temperature of a cathode condenser (21), the temperature of an electric motor (22), and the temperature of electronic components (23) below a critical temperature (Terit), in order to avoid a degradation of these elements.
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