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EP-4540879-B1 - UNIVERSAL FUEL CELL SYSTEM

EP4540879B1EP 4540879 B1EP4540879 B1EP 4540879B1EP-4540879-B1

Inventors

  • LAMBEC, Marc

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20230615

Claims (10)

  1. A fuel cell system comprising: - at least one fuel cell (60), - at least one fuel circuit comprising at least one fuel tank (10), a fuel pump (12) and/or an injector, said fuel circuit being connected to said cell (60) so as to supply it with dihydrogen, - at least one air circuit comprising at least one air inlet (35), an air filter (30), a compressor (31) and a control valve (36), said air circuit being connected to said fuel cell (60) so as to supply it with oxygen, - at least one electrical load (40) configured to be powered by the electrical energy produced by said fuel cell (60) via a redox reaction between the dihydrogen supplied by the fuel circuit and the oxygen supplied by said air circuit, - a plurality of control components (12, 22, 36, 37, 38) of said system, including said fuel circuit pump and/or an injector and said air circuit valve, - a plurality of environmental sensors (53) configured to provide information representative of the environment of said system, characterised in that it further comprises an electronic control unit (50) for the fuel cell comprising: - a fuel cell pre-charge module (51) configured to be electrically connected to said fuel cell via a line, known as a high-voltage line, and to supply said electrical load with electrical energy, a control module (52) configured to receive data from said plurality of sensors and to derive control instructions for said plurality of control elements of said system therefrom, said electronic control unit for said fuel cell being configured to set the system, based on the environmental information provided by said environmental sensors, to one of a plurality of operating modes selected from the following modes: - a default operating mode, known as automatic, in which said plurality of control elements is controlled according to preprogrammed variables representative of a predetermined operating condition of said system, - an operating mode, known as manual mode, in which said plurality of control elements is controlled according to variables set by an operator, - an operating mode, known as automatic safety mode, in which said plurality of control elements is controlled to cut off the power supply to the fuel cell when the values provided by said environmental sensors fall outside predetermined value ranges.
  2. A system according to claim 1, characterised in that the system is connected to the electrical network of a building which is itself connected to an electricity supply network, and in that the said plurality of operating modes into which the electronic control unit can place the system further comprises the following modes: - an operating mode, known as off-grid, in which the plurality of control elements is commanded to disconnect said building from said electricity supply network, - an operating mode, known as BACS, in which said plurality of control elements is controlled according to environmental variables measured within said building.
  3. A system according to one of claims 1 or 2, characterised in that said fuel circuit further comprises a reformer (11).
  4. A system according to one of claims 1 or 3, characterised in that it further comprises a circuit (34) for recovering the heat produced by said fuel cell.
  5. A system according to any one of claims 1 to 4, characterised in that it further comprises a cooling circuit comprising at least one water tank (20), a radiator with fans (21) and a pump (22), said cooling circuit being connected to said fuel cell (60) so as to supply it with cooling water.
  6. A system according to claims 4 and 5 taken together, characterised in that it further comprises a water/air heat exchanger (32) arranged on the air circuit and on the water circuit so as to ensure heat exchange between the two circuits.
  7. A system according to any one of claims 1 to 6, characterised in that said plurality of sensors (53) comprises at least one sensor selected from the group comprising a CO 2 sensor, an H 2 sensor, an air temperature sensor for the air circuit, a humidity sensor, and a pressure sensor.
  8. A system according to any one of claims 1 to 7, characterised in that said plurality of sensors (53) comprises at least one GPS sensor and in that said control module is configured to control said control elements based on GPS data provided by said GPS sensor.
  9. A system according to any one of claims 1 to 8, characterised in that said electronic control unit (50) further comprises communication means configured to receive control instructions for remote equipment.
  10. A system according to any one of claims 1 to 9, characterised in that it comprises at least two electrical loads (40), including an electrical energy storage battery and an electric motor.

Description

Domaine technique de l'invention L'invention concerne le domaine des piles à combustibles, en particulier des piles à combustibles destinées à équiper des véhicules de transport, tels que des véhicules automobiles. Cela étant, l'invention ne se limite pas aux seuls véhicules de transport et s'étend à tout équipement mettant en œuvre une pile à combustible, tel qu'un chargeur de véhicule électrique fixe ou mobile, un groupe électrogène, etc. Selon une variante de réalisation, le système selon l'invention peut alimenter un bâtiment en énergie électrique. Arrière-plan technologique Il existe aujourd'hui un engouement fort pour équiper les véhicules de transport, en particulier les véhicules automobiles, de piles à combustibles dans la mesure où ces piles forment des sources d'énergie propres, fiables et flexibles. US 2020/052313 A1 et US 2009/112384 A1 décrivent des piles à combustible pour des véhicules. Le principe à la base d'une pile à combustible (aussi désignée par l'acronyme PAC dans la suite du texte), telle qu'une pile à hydrogène, repose sur la séparation de l'eau sous l'effet d'un courant électrique (électrolyse) en dihydrogène et dioxygène. Ces deux molécules constituent le combustible chimique sous lequel l'énergie peut être stockée au sein d'une application de piles à combustible. Une seconde réaction assurée par la pile à combustible en tant que telle permet d'inverser le processus et de produire de l'électricité à partir de ces deux combustibles. La pile à combustible en tant que telle est donc un générateur électrique à deux électrodes qui permet de produire de l'énergie électrique par une oxydation sur une électrode d'un combustible réducteur, tel que l'hydrogène, couplée à une réduction sur l'autre électrode d'un oxydant, tel que l'oxygène de l'air par exemple. La réaction d'oxydoréduction de la pile permet de générer non seulement de l'électricité, mais également des sous-produits tels que de l'eau, de la chaleur et de l'air appauvri en oxygène. L'un des inconvénients des solutions de piles à combustibles actuelles est la spécificité de la pile par rapport à son utilisation et/ou à son environnement. En particulier, il est aujourd'hui nécessaire d'adapter l'architecture du système de la pile à combustible au type de pile considéré et à son utilisation. En d'autres termes, il n'existe pas de système universel de piles à combustible pouvant faciliter l'intégration d'une pile à combustible quel que soit l'environnement d'utilisation de la pile, en particulier dans un véhicule de transport ou dans un système nécessitant une source d'énergie électrique. Les inventeurs ont donc cherché à développer un nouveau système de pile à combustible qui puisse fonctionner avec tout type de piles à combustibles et tout type de carburants hydrogénés, c'est-à-dire tout type de carburants contenant de l'hydrogène. En d'autres termes, les inventeurs ont cherché à proposer un système universel de piles à combustible. Objectifs de l'invention L'invention vise à fournir un système universel de piles à combustible. L'invention vise en particulier à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un système de piles à combustible qui puisse être mis en œuvre, quelle que soit la pile à combustible et quel que soit l'environnement de son utilisation. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un système qui puisse être rendu compact pour une utilisation dans tout type de véhicules et d'une manière générale, pour toute application nécessitant une source d'énergie électrique. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un système qui puisse fonctionner avec différents types de carburant. L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un système qui puisse former une source d'énergie électrique et thermique. Exposé de l'invention Pour ce faire, l'invention concerne un système de pile à combustible comprenant : au moins une pile à combustible,au moins un circuit de carburant comprenant au moins un réservoir de carburant hydrogéné, une pompe à carburant et un reformeur, ledit circuit étant relié à ladite pile pour pouvoir l'alimenter en dihydrogène,au moins un circuit d'air comprenant au moins une entrée d'air, un filtre à air, un compresseur et une vanne de régulation, ledit circuit d'air étant relié à ladite pile à combustible pour pouvoir l'alimenter en dioxygène,au moins un consommateur électrique configuré pour pouvoir être alimenté par l'énergie électrique produite par ladite pile par une réaction d'oxydoréduction entre ledit dihydrogène fourni par le circuit de carburant et le dioxygène fourni par ledit circuit d'air,une pluralité d'organes de régulation dudit système parmi lesquels ladite pompe du circuit de carburant et ladite vanne du circuit d'air,une pluralité de capteurs d'environnement configurés pour pouvoir fournir des informations représentatives de l'environnement dudit système. Le système de piles à combustible selon l'invent