EP1721354A1 - Procede et systeme de gestion d un systeme de pile a combustible - Google Patents

Procede et systeme de gestion d un systeme de pile a combustible

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EP1721354A1
EP1721354A1 EP05717714A EP05717714A EP1721354A1 EP 1721354 A1 EP1721354 A1 EP 1721354A1 EP 05717714 A EP05717714 A EP 05717714A EP 05717714 A EP05717714 A EP 05717714A EP 1721354 A1 EP1721354 A1 EP 1721354A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel cell
standard deviation
waterlogging
stack
cell
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05717714A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Karim Bencherif
Didier Vannucci
Marielle Marchand
Emmanuel Devaud
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP1721354A1 publication Critical patent/EP1721354A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for managing a fuel cell system.
  • Fuel cells are used to supply energy either for stationary applications, or in the aeronautical or automotive field, and comprise a set of elementary cells.
  • the distribution of fluids between cells and collectors, as well as the concentration of. carbon monoxide at the heart of the fuel cell, are guarantees of operating stability which strongly influence the electrical balance of the fuel cell.
  • US 2002/0022167 describe methods in which a process parameter is measured, and this measurement or this cumulative measurement is compared over a time interval with a respective predetermined reference value, and according to the result, a purge is triggered. These methods take no account of the electrical voltages or potential differences at the terminals of the cells of the fuel cell. These methods also do not take into account cases of poisoning of the fuel cell with carbon monoxide.
  • Patent application EP 1 018 774 describes a method and a device triggering purges as a function of a measured pressure, the purges being carried out by gas recirculation. This document does not use the electrical voltages across the cells, and does not take into account cases of poisoning of the fuel cell with carbon monoxide.
  • Patent applications WO 03/010845 and WO 03/010842 describe methods and devices triggering purges from an average cell voltage calculated by dividing a voltage across the terminals of a cell by the number of cells in the cell . A comparison of this value with a predetermined value makes it possible to detect if there is a waterlogging, and if there is one, a purge is triggered. These documents do not take into account cases of poisoning of the fuel cell with carbon monoxide.
  • the aim of the invention is to manage the operation of a fuel cell, in order to optimize its operation.
  • a method for managing a fuel cell system comprising a reformer for supplying the fuel cell with reformate gas containing hydrogen and a compressor for supplying air said fuel cell, said fuel cell being composed of cells grouped into N m ⁇ d modules.
  • the method comprises steps during which: electrical voltages are measured at the terminals of each cell of each module of said stack; a difference in electrical voltages is calculated between an average electrical voltage of cell ⁇ cell for the cell and an average electrical voltage of cell predetermined U ° eU ; comparing said difference in electrical voltages ⁇ c) - U ° ell with a difference in threshold electrical voltages ⁇ XJ predetermined threshold ; and we deduce the existence of carbon monoxide poisoning in the stack when said difference of electrical ⁇ ⁇ u ⁇ -U voltages is greater than or equal to said difference in threshold voltages ⁇ U predetermined seujl, and lack carbon monoxide poisoning in the battery when said difference in electrical voltages U ce , ⁇ - U ⁇ . ,, is less than said difference in electrical threshold voltages
  • ⁇ U predetermined threshold It is possible to determine the presence of carbon monoxide poisoning in the battery. We hear by carbon monoxide poisoning in the battery an accumulation of carbon monoxide in the battery. Obviously, by electrical voltage is meant a difference in electrical potentials.
  • said average electrical cell voltage predetermined and said threshold voltage difference ⁇ U predetermined threshold depend on the operating mode of the fuel cell, said fuel cell comprising as operating mode a start mode, a nominal mode, and a stop mode.
  • air is added to the reformate gas.
  • a standard deviation ⁇ Ucea of said electrical voltages measured at the terminals of the cells of the cell is calculated; comparing said standard deviation ⁇ UceU with a threshold standard deviation ⁇ of predetermined seuU; and the existence or absence of waterlogging in the stack is deduced from the comparison, the existence of waterlogging in the stack being expressed by said standard deviation ⁇ Uce t ⁇ being greater than or equal to said deviation- type of threshold ⁇ scuU predetermined, and the absence of waterlogging in the pile resulting in said standard deviation ⁇ Uce ⁇ , being less than said standard deviation of threshold ⁇ predetermined threshold .
  • a method for managing a fuel cell system comprising a device for supplying the fuel cell with hydrogen and a compressor for supplying air to said fuel cell, said fuel cell being composed of cells grouped into N mod modules.
  • the method comprises steps during which: electrical voltages are measured at the terminals of each cell of each module of said stack; a standard deviation ⁇ UceU of said electrical voltages measured at the terminals of the cells of the cell is calculated; we compare this standard deviation ⁇ UceU with a threshold standard deviation ⁇ se (lU predetermined; and we deduce from the comparison the existence or absence of waterlogging in the pile, the existence of waterlogging in water in the pile resulting in said standard deviation ⁇ Ucel ⁇ being greater than or equal to said standard deviation of threshold ⁇ scuil predetermined, and the absence of waterlogging in the pile resulting in said standard deviation ⁇ Ucell being lower than said predetermined standard deviation ⁇ i ni ⁇
  • said predetermined value éca ⁇ t deviation of ⁇ seu .j threshold depends on the mode of operation of the fuel cell, said fuel cell comprising as a method of operation a start mode, a nominal mode and a stop mode.
  • said waterlogging purge is carried out by increasing the flow rates anodic and cathodic gas at the input of each module or at the input of the module most waterlogged.
  • said waterlogging purge is carried out by putting at an atmospheric pressure the anodic and cathodic outputs of each module or the anodic and cathodic outputs of the module most waterlogged.
  • a first system for managing a fuel cell system comprising a reformer for supplying the fuel cell with reform gas t comprising hydrogen, a compressor for supplying air to said cell fuel cell and an electronic control unit, said fuel cell being composed of cells grouped into N mod modules.
  • the system includes: an electrical voltage sensor across each of said cells in the stack, connected to the electronic control unit, for transmitting electrical voltage measurements across a respective cell; a device for eliminating carbon monoxide poisoning in the battery; a device for draining water from the pile; means for controlling said devices for eliminating poisoning with carbon monoxide and for purging waterlogged in the stack; and processing means in the electronic control unit, receiving the measurements from said electric voltage sensors at the terminals of each of said respective cells and supplying signals to said control means, said processing means comprising calculation means and means for comparison.
  • said device for eliminating carbon monoxide poisoning in the stack comprises a valve controlled by said means of control, connected to said compressor, to regulate a flow of air added to said reformate gas.
  • a second system for managing a fuel cell system comprising, a device for supplying the fuel cell with hydrogen, a compressor for supplying air to said fuel cell and an electronic control unit , said fuel cell being composed of cells grouped into N mod modules.
  • the system comprises: an electrical voltage sensor at the terminals of each of said cells of the stack, connected to the electronic control unit, for transmitting measurements of electrical voltages to the terminals of a respective cell; a device for draining water from the pile; means for controlling said devices for eliminating carbon monoxide poisoning and purging waterlogging in the stack; and processing means in the electronic control unit, comprising calculation means able to calculate a standard deviation ⁇ y ⁇ cell of said electrical voltages measured at the terminals of the cells of the fuel cell, and comparison means able to compare said standard deviation ⁇ ⁇ ceU with a threshold standard deviation ⁇ predetermined threshold , said processing means being able to deduce therefrom the existence or absence of waterlogging in the pile, the existence of waterlogging in the stack being reflected by said standard deviation ⁇ Ucc u being greater than or equal to said standard deviation ⁇ threshold IUES] predetermined, and the absence of water flooding in the pil e being reflected by said standard deviation ⁇ Ucell being less than said threshold standard deviation ⁇ predetermined threshold .
  • the device for purging waterlogging in the stack comprises a valve, controlled by said control means, for regulating the overall supply flow rate of the cathodes of the modules or N mod valves controlled by said control means, for regulating the respective supply flow rate of the cathode of each module.
  • the device for draining water from the pile comprises a valve controlled by said control means, for regulating the overall supply flow rate of the anodes of the modules or N mod valves, controlled by said control means, for regulating the respective supply flow rate of the anode of each module.
  • the device for purging waterlogging in the cell comprises a valve controlled by said control means, for bringing the overall cathodic output of the fuel cell or N mc to atmospheric pressure.
  • the device for purging waterlogging in the cell comprises a valve controlled by said control means, for bringing the overall anode output of the fuel cell to atmospheric pressure or N mod valves, controlled by said control means, for bringing the respective anode output of each module to atmospheric pressure.
  • FIG. 1 illustrates a first embodiment of a system according to the invention, supplied with reformate
  • FIG. 2 illustrates a first embodiment of a system according to the invention, supplied with hydrogen
  • FIG. 3 illustrates a second embodiment of a system according to the invention, supplied with reform t
  • - Figure 4 illustrates a second embodiment of a system according to the invention supplied with hydrogen
  • FIG. 5 illustrates a third embodiment of a system according to the invention, supplied with reformate
  • - Figure 6 illustrates a third embodiment of a system according to the invention, supplied with hydrogen
  • FIG. 7 illustrates a fourth embodiment of a system according to the invention, supplied with reformate
  • FIG. 8 illustrates a fourth embodiment of a system according to the invention, supplied with hydrogen
  • FIG. 9 illustrates a fifth embodiment of a system according to the invention, supplied with reform t;
  • FIG. 10 illustrates a fifth embodiment of a system according to the invention, supplied with hydrogen
  • FIG. 11 illustrates a sixth embodiment of a system according to the invention, supplied with reformate
  • FIG. 12 illustrates a sixth embodiment of a system according to the invention, supplied with hydrogen
  • FIG. 15 illustrates a third mode of implementation of the method according to the invention.
  • a fuel cell 1 composed of a set of cells grouped into N mod modules.
  • the cells of the fuel cell 1 are then distributed into 2 modules 2, 3.
  • Each module 2, 3 comprises an anode part A and a cathode part C.
  • the system also includes an air compressor 4 making it possible to supply oxygen to the cathode parts C of modules 2, 3 of the fuel cell 1 This global oxygen supply is provided by a duct 5 connected to the compressor 4 which supplies pressurized air.
  • Line 5 is separated into two lines 6 and 7 for supplying oxygen to the cathodes C of the respective modules 2, 3 of the fuel cell 1
  • An electronic control unit or ECU 8 comprises processing means 9 capable of detecting poisoning with carbon monoxide and waterlogging in the fuel cell 1 from measurements transmitted by assemblies 10, 11 of sensors of the electrical voltage at the terminals of the respective cells of each module 2, 3.
  • the processing means 9 comprise calculation means 9a and comparison means 9b.
  • the sets 10, 11 of sensors are connected to the electronic control unit 8 by respective connections 12, 13.
  • the electronic control unit 8 also comprises control means 14 capable of controlling a device for purging the waterlogging of the cell 1, and one for eliminating carbon monoxide poisoning from the cell 1.
  • a conduit overall reformate supply 15 supplies reformate gas comprising hydrogen to supply the anodes A of the different modules 2, 3 of the fuel cell 1, separating into respective supply conduits 16, 17.
  • the reformer supplying the conduit 15 is not shown in the figure. Since the feed is a reformate comprising hydrogen, and not hydrogen, there is a risk of carbon monoxide poisoning of the fuel cell 1.
  • the carbon monoxide poisoning elimination device comprises a controlled valve 18, crossed by a duct 19 connecting the compressor 4 to the duct 15.
  • the controlled valve 18 makes it possible to regulate a flow of air added to the reformate supplying the cathodes C of the modules 2, 3 of the fuel cell 1.
  • the increase in air flow in the overall feed reformate eliminates or purges carbon monoxide poisoning.
  • the controlled valve 18 is connected to the electronic control unit 8 by a connection 21.
  • the respective evacuation pipes 22, 23 of the anodes A of each module 2, 3 of the fuel cell 1 meet at a global output 24 of the anodes A of modules 2, 3 die the fuel cell 1.
  • evacuation pipes 25, 26 of the cathodes C of each respective module 2, 3 of the fuel cell 1 meet at a global output 27 of the cathodes C of the modules 2, 3 of the fuel cell 1.
  • the system further comprises a device for purging waterlogged in the fuel cell 1 which comprises a controlled valve 28 through which the duct 15 d overall supply of reform t and connected to the electronic calculation unit 8 by a connection 29.
  • the device for draining water from the fuel cell 1 also includes a controlled valve 30 traversed by the supply pipe 5 overall in air, therefore in ox ygene, from the fuel cell 1.
  • the controlled valve 30 is connected to the electronic control unit 8 by a connection 31.
  • the controlled valves 28, 30 make it possible to temporarily increase the respective overall flow rates of supply from the cell to fuel 1 when a waterlogging is detected, in order to purge the waterlogging,
  • FIG. 2 represents a system similar to that represented by FIG. 1, but whose overall supply of the anodes A of modules 2, 3 of battery 1 is hydrogen. Since the power supply is hydrogen, and not reform t comprising hydrogen, there is no risk of carbon monoxide poisoning in the battery 1.
  • FIG. 3 represents a system similar to that illustrated by FIG. 1 previously described, but for which the device for purging waterlogging in the fuel cell 1 does not include the controlled valves 28 and 30, but includes a v -controlled year 32 of atmospheric pressure of the s. global anode nettle 24 of the modules 2, 3 of the fuel cell 1.
  • the water-bleeding purge device further comprises a controlled valve 33 for bringing the overall cathode outlet 27 of the modules 2 to atmospheric pressure, 3 of the fuel cell 1.
  • FIG. 4 represents a system similar to that represented by the fignre 3, but whose overall supply of the anodes A of the modules 2, 3 of the stack 1 is hydrogen.
  • the feed being hydrogen, and not reformate comprising iydrogen, there is no risk of poisoning with carbon monoxide at ⁇ 1, The system therefore does not include a device for elimination of poisoning in.
  • FIG. 5 represents a system similar to those illustrated by FIGS. 1 and 3 previously described, which combines the two water-bleeding purge devices illustrated by the Figures 1 and 3.
  • the device for draining water from the fuel cell 1 comprises the controlled valves 28, 30, 32 and 33, as well as their respective connections 29, 31, 34 and 35, which make it possible to purge a waterlogging in the fuel cell 1 by simultaneously combining their operation described above. This simultaneous combination makes it possible to improve the efficiency of the device for draining water from the stack, in particular by accelerating the drain.
  • FIG. 6 represents a system similar to that represented by FIG.
  • FIG. 7 describes a system similar to that illustrated in FIG. 1, but in which the controlled valve 28 for overall reform supply t is replaced by a set of controlled valves 36, 37 for regulating the respective inlet flow rates of supply of reform t of the respective anodes A of the modules 2, 3 of the stack 1.
  • the controlled valves 36, 37 are connected to the electronic control unit 8 by respective connections 38, 39.
  • the controlled valve 30 d the overall air supply is replaced by a set of controlled valves 40, 41 to regulate the respective input flow rates of air to the respective cathodes C of the modules 2, 3 of the stack 1.
  • the controlled valves 40, 41 are connected to the electronic control unit 8 by respective connections 42, 43. This makes it possible to control a waterlogging purge in the stack only in the module waterlogged, in other words in the most waterlogged module, of stack 1.
  • the processing means 9 are then capable of determining the most waterlogged module.
  • FIG. 8 represents a system similar to that represented by FIG. 7, but the overall supply of the anodes A of the modules 2, 3 of the cell 1 is hydrogen. Since the feed is hydrogen, and not reform t comprising hydrogen, there is no risk of carbon monoxide poisoning in cell 1.
  • FIG. 9 depicts a similar system; to that illustrated in FIG. 3, but in which the controlled valves 32 and 33 for bringing the atmospheric pressure of the global anode and cathode outputs 24, 27 are replaced by respective sets of controlled valves for bringing the atmospheric pressure of the respective modules 2, 3 of stack 1. Controlled valves 44,
  • FIG. 10 represents a system similar to that represented by FIG. 9, but the overall supply of the anodes A of the modules 2, 3 of the cell 1 is hydrogen.
  • FIG. 11 represents a system similar to those illustrated by FIGS. 7 and 9 previously described, which combines the two devices for purging waterlogging illustrated in FIGS. 7 and 9.
  • the device for purging waterlogging in the fuel cell 1 includes the controlled supply valves 36, 37, 40, 41, and the controlled atmospheric pressure valves 44, 45, 48, 49. This simultaneous combination makes it possible to improve the efficiency of the selective purge of waterlogging of the stack, in particular by accelerating the purging in the module most waterlogged.
  • FIG. 12 represents a system similar to that represented by FIG. 11, but the overall supply of the anodes A of the modules 2, 3 of the cell 1 is hydrogen. Since the power supply is hydrogen, and not a reformate comprising hydrogen, there is no risk of carbon monoxide poisoning in the battery 1. The system therefore does not include an elimination device carbon monoxide poisoning, and therefore no controlled valve 18, conduit 19, or connection 21.
  • the hydrogen supply device of conduit 15 is not shown in the figure. Of course, any other combination is valid, for example a combination of a controlled global supply valve and of controlled valves supplying the respective modules.
  • FIG. 13 illustrates an embodiment of the method according to the invention in the case of a supply of the system with hydrogen, and not with reformate.
  • the method begins with a step 52 of detecting the operating mode of the fuel cell 1.
  • the cell 1 includes the operating mode, a start mode, a nominal mode, and a stop mode.
  • the electrical voltages, or potential differences are measured at the boarnes of the cells of the battery 1, by means of the assemblies 10, 11 of sensors of the electrical voltage at the terminals of the respective cells of each module 2 , 3.
  • Each measurement of cell electrical voltage is transmitted to the electronic control unit 8 -
  • the calculation means 9a of the processing means 9 calculate ura standard deviation ⁇ UccU of said electrical voltages measured at the terminals s of the cells of the battery .
  • the calculation of this standard deviation ⁇ ⁇ cel j is carried out using the following equation: (1) in which: N this u_ aD ( k ) is I th number of cells of module k;
  • N mod is the number of modules in the fuel cell stack 1; u] (t) is the electrical voltage across the terminals of cell i of module j at an instant t; and ⁇ cell (t) is there. mean electrical voltage across a cell in battery 1 at time t.
  • the average electrical voltage ⁇ wU (t) across a cell in cell 1 at time t is defined by the equation:
  • the comparison means 9b of the processing means 9 carry out a comparison between the standard deviation ⁇ Ueell calculated and a predetermined threshold standard deviation value ⁇ sellil depending on the operating mode of the fuel cell. If the standard deviation ⁇ Uce] 1 is less than the standard deviation ⁇ seun predetermined threshold, then the method continues by said step
  • step 55 Optional determining the most congested water module.
  • This step is optional, because it is useless when the stack 1 comprises only a single module, or when the device for purging waterlogging in the stack 1 comprises only controlled valves for regulating global supplies or bringing the modules of cell 1 to global atmospheric pressure, as shown in FIGS. 2, 4, and 6. It is carried out for the systems represented in FIGS. 8, 10 and 12.
  • step 55 it is by calculating a standard deviation of the electrical voltages of the cells of each module, and by determining the module having the largest of these standard deviations, which will be the module most waterlogged.
  • the standard deviation ⁇ ⁇ j of a module j is calculated by means 9, by the equation: Then, during a step 56, the control means 14 controls a purge of waterlogging of the cell 1 or of the module most waterlogged, depending on the presence or not of step 55, presence dependent on the system. We then go to said step 53.
  • FIG. 14 illustrates an embodiment of the method according to the invention in the case of supplying the system with reformate, and not with hydrogen. There may therefore be the presence of carbon monoxide poisoning in the battery L. The process begins with steps 52 and 53. In step 53, it is not in this embodiment necessary to calculate the standard deviations mentioned.
  • the calculation means 9a also calculate a difference in electrical voltages between an average cell electrical voltage ⁇ ⁇ ,, for the cell 1 and a predetermined cell average electrical voltage U ° ell .
  • the predetermined average cell electrical voltage U ⁇ represents an average electrical voltage in the absence of carbon monoxide poisoning in cell 1. During carbon monoxide poisoning in cell 1, these are all the electrical voltages at the terminals of the cells of battery 1 which fall, unlike in the case of waterlogging, where only the electric voltages at the terminals of the engorged cells fall.
  • step 57 during which the comparison means 9b of the processing means 9 compare said difference in electrical voltages ⁇ ⁇ n - U ⁇ with a predetermined difference in electrical voltages of threshold ⁇ U thresholdi ] which depends on the mode of system operation. If the difference in electrical voltages U ce ⁇ -U çeU is less than the difference in electrical threshold voltages ⁇ U s ⁇ ui
  • FIG. 15 illustrates an embodiment of the method according to the invention in the case of supplying the system with reformate, and not with hydrogen, combining the steps of the two methods previously described, when taking the risks into account carbon monoxide poisoning and the risk of waterlogging in the fuel cell.
  • the invention therefore makes it possible to optimize the operation of a fuel cell, by detecting carbon monoxide poisoning and waterlogging in the fuel cell, and by eliminating the presence of carbon monoxide poisoning and by purging a waterlogging.
  • the invention also makes it possible to be able to purge a waterlogging of the cell by module of the cell, in order to target the purging.

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Description

Procédé et système de gestion d'un système «de pile à combustible.
La présente invention concerne un procédé et un système de gestion d'un système de pile à combustible. Les piles à combustible sont utilisées pour fournir de l'énergie soit pour des applications stationnaires, soit dans le domaine aéronautique ou automobile, et comprennent un ensemble de cellules élémentaires. La distribution des fluides entre les cellules et les collecteurs, ainsi que la concentration en. monoxyde de carbone au cœur de la pile à combustible, sont des gages de stabilité de fonctionnement qui influent fortement sur l'équilibre électrique de la pile à combustible. Le brevet US 6 242 120 ainsi que la demande de brevet
US 2002/0022167 décrivent des procédés dans lesquels on mesure un paramètre de processus, et on compare cette mesure ou cette mesure cumulée sur un intervalle de temps à une valeur prédéterminée respective de référence, et en fonction du résultat on déclenche une purge. Ces procédés ne tiennent aucunement compte des tensions électriques ou différences de potentiels aux bornes des cellules de la pile à combustible. Ces procédés ne tiennent pas non plus compte des cas d' empoisonnement de la pile à combustible au monoxyde de carbone. La demande de brevet EP 1 018 774 décrit un procédé et un dispositif déclenchant des purges en fonction d'une pression mesurée, les purges s' effectuant par recirculation de gaz. Ce document n'utilise pas les tensions électriques aux bornes des cellules, et ne tient pas compte des cas d'empoisonnement de la pile à combustible au monoxyde de carbone. Les demandes de brevet WO 03/010845 et WO 03/010842 décrivent des procédés et des dispositifs déclenchant des purges à partir d'une tension moyenne de cellule calculée en divisant une tension aux bornes d'une pile par le nombre de cellules de la pile. Une comparaison de cette valeur à une valeur prédéterminée permet de détecter s'il y a un engorgement en eau, et s'il y en a un, une purge est déclenchée. Ces documents ne tiennent pas compte des cas d'empoisonnement de la pile à combustible au monoxyde de carbone Ainsi, au vu de ce qui précède, le but de l' invention est de gérer le fonctionnement d'une pile à combustible, afin d'optimiser son fonctionnement. Aussi, selon un aspect de l'invention, il est proposé un procédé de gestion d'un système de pile à combustible comprenant un reformeur pour alimenter la pile à combustible en gaz de reformat contenant de l'hydrogène et un compresseur pour alimenter en air ladite pile à combustible, ladite pile à combustible étant composée de cellules regroupées en Nmαd modules. Le procédé comprend des étapes lors desquelles : on mesure des tensions électriques aux bornes de chaque cellule de chaque module de ladite pile ; on calcule une différence de tensions électriques entre une tension électrique moyenne de cellule ϋcell pour la pile et une tension électrique moyenne de cellule prédéterminée U°eU ; on compare ladite différence de tensions électriques ϋc ) — U°ell avec une différence de tensions électriques de seuil ΔXJseuil prédéterminée ; et on en déduit l'existence d'empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile lorsque ladite différence de tensions électriques ϋ^u -U^, est supérieure ou égale à ladite différence de tensions électriques de seuil ΔUseujl prédéterminée, et l'absence d'empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile lorsque ladite différence de tensions électriques Uce,ι - U^.,, est inférieure à ladite différence de tensions électriques de seuil
ΔUseuil prédéterminée. Il est possible de déterminer la présence d' empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile. On entend par empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile une accumulation de monoxyde de carbone dans la pile. On entend évidemment par tension électrique, une différence de potentiels électriques . Dans un mode de mise en œuvre préféré, ladite tension électrique moyenne de cellule prédéterminée et ladite différence de tensions électriques de seuil ΔUseuil prédéterminée dépendent du mode de fonctionnement de la pile à combustible, ladite pile à combustible comprenant comme mode de fonctionnement un mode démarrage, un mode nominal, et un mode arrêt. Dans un mode de mise en œuvre avantageux, en cas d'existence d'empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile, on ajoute de l' air dans le gaz de reformat. Dans un mode de mise en œuvre préféré, en cas d'absence d'empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile : on calcule un écart-type σUcea desdites tensions électriques mesurées aux bornes des cellules de la pile ; on compare ledit écart-type σUceU avec un écart-type de seuil σseuU prédéterminé ; et on déduit de la comparaison l' existence ou l' absence d'engorgement en eau dans la pile, l'existence d'engorgement en eau dans la pile se traduisant par ledit écart-type σUcetι étant supérieur ou égal audit écart-type de seuil σscuU prédéterminé, et l'absence d'engorgement en eau dans la pile se traduisant par ledit écart-type σUceι, étant inférieur audit écart-type de seuil σseuil prédéterminé. On enten par engorgement en eau dans la pile une accumulation d'eau dans la pile. Selon un autre aspect de l'invention il est proposé un procédé de gestion d' un système de pile à combustible comprenant un dispositif pour alimenter la pile à combustible en hydrogène et un compresseur pour alimenter en air ladite pile à combustible, ladite pile à combustible étant composée de cellules regroupées en Nmod modules. Le procédé comprend des étapes lors desquelles : on mesure des tensions électriques aux bornes de chaque cellule de chaque module de ladite pile ; on calcule un écart-type σUceU desdites tensions électriques mesurées aux bornes des cellules de la pile ; on compare cedit écart-type σUceU avec un écart-type de seuil σse(lU prédéterminé ; et on déduit de la comparaison l'existence ou l' absence d'engorgement en eau dans la pile, l'existence d'engorgement en eau dans la pile se traduisant par ledit écart-type σUcelι étant supérieur ou égal audit écart-type de seuil σscuil prédéterminé, et l'absence d'engorgement en eau dans la pile se traduisant par ledit écart-type σUcell étant inférieur audit écart-type de seuil σi niλ prédéterminé. Dans un mode de mise en œuvre préféré, en cas d'existence d'engorgement en eau dans la pile, on commande une purge dudit engorgement en eau. Dans un mode de mise en œuvre avantageux, ladite valeur prédéterminée d'écaτt-type de seuil σseu.j dépend du mode de fonctionnement de la pile à combustible, ladite pile à combustible comprenant comme mode de fonctionnement un mode démarrage, un mode nominal, et un mode arrêt. Dans un mode de mise en œuvre préféré, en cas d'existence d'engorgement en eau dans la pile : on calcule, pour chaque module respectif, un écart-type des tensions électriques mesurées aux bornes des cellules du module ; on détermine le module ayant le plus élevé desdits écarts- types calculés pour chaque module ; et on commande ladite purge dudit engorgement en eau uniquement pour ledit module ayant le plus élevé desdits écarts- types, qui est le module le plus engorgé en eau. Dans un mode de mise en œuvre avantageux, ladite purge d'engorgement en eau est réalisée en augmentant les débits gazeux anodique et cathodique en entrée de chaque module ou en entrée du module le plus engorgé en eau. Dans un mode de mise en œuvre préféré, ladite purge d'engorgement en eau est réalisée en mettant à la pression atmosphérique les sorties anodique et cathodique de chaque module ou les sorties anodique et cathodique du module le plus engorgé en eau. Selon l'invention, il est également proposé un premier système de gestion d'un système de pile à combustible comprenant un rεformeur pour alimenter la pile à combustible en gaz de reform t comprenant de l' hydrogène, un compresseur pour alimenter en air ladite pile à combustible et une unité de commande électronique, ladite pile à combustible étant composée de cellules regroupées en Nmod modules. Le système comprend : un capteur de la tension électrique aux bornes de chacune desdites cellules de la pile, connecté à l' unité de commande électronique, pour transmettre des mesures de tensions électriques aux bornes d' une cellule respective ; un dispositif d'élimination d' empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile ; un dispositif de purge d'engorgement en eau dans la pile ; des moyens de commande desdits dispositifs d'élimination d'empoisonnement au monoxyde de carbone et de purge d'engorgement en eau dans la pile ; et des moyens de traitement dans l'unité de commande électronique, recevant les mesures desdits capteurs de la tension électrique aux bornes de chacune desdites cellules respectives et fournissant des signaux auxdits moyens de commande, lesdits moyens de traitement comprenant des moyens de calcul et des moyens de comparaison. Dans un mode de mise en œuvre préféré, ledit dispositif d' élimination d'empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile comprend une vanne commandée par lesdits moyens de commande, reliée aαdit compresseur, pour réguler un débit d'air ajouté dans ledit gaz de reformat. Selon l'invention il est également proposé un second système de gestion d' un système de pile à combustible comprenant, un dispositif pour alimenter la pile à combustible en hydrogène, un compresseur pour alimenter en air ladite pile à combustible et une unité de commande électronique, ladite pile à combustible étant composée de cellules regroupées en Nmod modules. Le système comprend : un capteur de la tension électrique aux bornes de chacune desdites cellules de la pile, connecté à l'unité de commande électronique, pour transmettre des mesures de tensions électriques aux bornes d'une cellule respective ; un dispositif de purge d' engorgement en eau dans la pile ; des moyens de commande desdits dispositifs d' élimination d' empoisonnement au monoxyde de carbone et de purge d'engorgement en eau dans la pile ; et des moyens de traitement dans l'unité de commande électronique, comprenant des moyens de calculs aptes à calculer un écart-type <yυcell desdites tensions électriques mesurées aux bornes des cellules de la pile à combustible, et des moyens de comparaison aptes à comparer ledit écart-type σϋceU avec un écart- type de seuil σseuil prédéterminé, lesdits moyens de traitement étant aptes à en déduire l'existence ou l'absence d'engorgement en eau dans la pile, l'existence d'engorgement en eau dans la pile se traduisant par ledit écart-type σUccu étant supérieur ou égal audit écart-type de seuil σseuî] prédéterminé, et l'absence d' engorgement en eau dans la pil e se traduisant par ledit écart- type σUcell étant inférieur audit écart-type de seuil σseuil prédéterminé. Dans un mode de mise en œuvre avantageux, le dispositif de purge d'engorgement en eau dans la pile comprend une vanne, commandée par lesdits moyens de commande, pour réguler le débit d'alimentation global des cathodes des modules ou Nmod vannes commandées par lesdits moyens de commande, pour réguler le débit d'alimentation respectif de la cathode de chaque module. Dans un mode de mise en œuvre préféré, le dispositif de purge d'engorgement en eau dans la pile comprend une vanne commandée par lesdits moyens de commande, pour réguler le débit d'alimentation global des anodes des modules ou Nmod vannes, commandées par lesdits moyens de commande, pour réguler le débit d'alimentation respectif de l' anode de chaque module. Dans un mode de mise en œuvre avantageux, le dispositif de purge d' engorgement en eau dans la pile comprend une vanne commandée par lesdits moyens de commande, de mise à la pression atmosphérique de la sortie cathodique globale de la pile à combustible ou Nmc,d vannes, commandées par lesdits moyens de commande, de mise à la pression atmosphérique de la sortie cathodique respective de chaque module. Dans un mode de mise en œuvre préféré, le dispositif de purge d'engorgement en eau dans la pile comprend une vanne commandée par lesdits moyens de commande, de mise à la pression atmosphérique de la sortie anodique globale de la pile à combustible ou Nmod vannes, commandées par lesdits moyens de commande, de mise à la pression atmosphérique de la sortie anodique respective de chaque module. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre un premier mode de réalisation d'un système selon l'invention, alimenté en reformat ;
- la figure 2 illustre un premier mode de réalisation d'un système selon l'invention, alimenté en hydrogène ;
- la figure 3 illustre un second mode de réalisation d'un système selon l'invention, alimenté en reform t ; - la figure 4 illustre un second mode de réalisation d'un système selon l'invention alimenté en hydrogène ;
- la figure 5 illustre un troisième mode de réalisation d'un système selon l'invention, alimenté en reformat ; - la figure 6 illustre un troisième mode de réalisation d'un système selon l'invention, alimenté en hydrogène ;
- la figure 7 illustre un quatrième mode de réalis ation d'un système selon l'invention, alimenté en reformat ;
- la figure 8 illustre un quatrième mode de réalisation d'un système selon l'invention, alimenté en hydrogène ;
- la figure 9 illustre un cinquième mode de réalisation d'un système selon l'invention, alimenté en reform t ;
- la figure 10 illustre un cinquième mode de réalisation d'un système selon l'invention, alimenté en hydrogène ; - la figure 11 illustre un sixième mode de réalisation d'un système selon l'invention, alimenté en reformat ;
- la figure 12 illustre un sixième mode de réalis ation d'un système selon l'invention, alimenté en hydrogène ;
- la figure 13 illustre un premier mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention ;
- la figure 14 illustre un second mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention ; et
- la figure 15 illustre un troisième mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention ; Sur la figure 1 est représentée une pile à combustible 1 composée d'un ensemble de cellules regroupées en Nmod modules. Sur les figures, on a représenté le cas ou Nmod=2, mais la description est valable pour toutes les valeurs entières de Nmod, dont la valeur 1. Les cellules de la pile à combustible 1 sont alors réparties en 2 modules 2, 3. Chaque module 2, 3 comprend une partie anode A et une partie cathode C. -Le système comprend également un compresseur d' air 4 permettant d'alimenter en oxygène les parties cathodiques C des modules 2, 3 de la pile à combustible 1. Cette alimentation globale en oxygène est fournie par un conduit 5 reliée au compresseur 4 qui fournit de l'air sous pression. Le conduit 5 se sépare en deux conduits 6 et 7 d'alimentation en oxygène des cathodes C des modules respectifs 2, 3 de la pile à combustible 1 Une unité de commande électronique ou UCE 8 comprend des moyens de traitement 9 aptes à détecter un empoisonnement au monoxyde de carbone et un engorgement en eau dans la pile à combustible 1 à partir de mesures transmises par des ensembles 10, 11 de capteurs de la tension électrique aux bornes des cellules respectives de chaque module 2, 3. Les moyens de traitement 9 comprennent des moyens de calcul 9a et des moyens de comparaison 9b. Les ensembles 10, 11 de capteurs sont connectés à l'unité de commande électronique 8 par des connexions 12, 13 respectives. L'unité de commande électronique 8 comprend également des moyens de commande 14 apte à commander un dispositif de purge d'engorgement en eau de la pile 1, et un d'élimination d' empoisonnement au monoxyde de carbone de la pile 1. Un conduit d'alimentation globale en reformat 15 fournit du gaz de reformat comprenant de l'hydrogène pour alimenter les anodes A des différents modules 2, 3 de la pile à combustible 1 , en se séparant en des conduits d'alimentation respectifs 16, 17. Le reformeur alimentant le conduit 15 n' est pas représenté sur la figure. L'alimentation étant du réformat comprenant de l'hydrogène, et non de l'hydrogène, il y a des risques d'empoisonnement au monoxyde de carbone de la pile à combustible 1. On a alors, en outre, un dispositif d' élimination d'empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile 1. Le dispositif d' élimination d'empoisonnement au monoxyde de carbone comprend une vanne commandée 18, traversée par un conduit 19 reliant le compresseur 4 au conduit 15. La vanne commandée 18 permet de réguler un débit d' air ajouté dans le reformat d'alimentation des cathodes C des modules 2, 3 de la pile à combustible 1. L'augmentation d'un débit d'air dans le reformat d' alimentation globale permet d'éliminer ou purger un empoisonnement au monoxyde de carbone. La vanne commandée 18 est connectée à l'unité de commande électronique 8 par une connexion 21. Des conduites respectives d' évacuations 22, 23 des anodes A de chaque module 2, 3 de la pile à combustible 1, se rejoignent en une sortie globale 24 des anodes A des modules 2, 3 die la pile à combustible 1. De même, des conduites d'évacuations 25, 26 des cathodes C de chaque module respectif 2, 3 de la pile à combustible 1, se rejoignent en une sortie globale 27 des cathodes C des modules 2, 3 de la pile à combustible 1. Le système comprend, en outre, un dispositif de purge d'engorgement en eau dans la pile à combustible 1 qui comprend une vanne commandée 28 traversée par le conduit 15 d' alimentation globale en reform t et connecté à l'unité électronique de calcul 8 par une connexion 29. Le dispositif de purge d'engorgement en eau de la pile à combustible 1 comprend également une vanne commandée 30 traversée par le conduit 5 d'alimentation globale en air, donc en oxygène, de la pile à combustible 1. La vanne commandée 30 est connectée à l'unité de commande électronique 8 par une connexion 31. Les vannes commandées 28, 30 permettent d'augmenter temporairement les débits globaux respectifs d'alimentation de la pile à combustible 1 lorsqu'un engorgement en eau est détecté, afin de purger l'engorgement en eau, La figure 2 représente un système similaire à celui représenté par la figure 1, mais dont l' alimentation globale des anodes A des modules 2, 3 de la pile 1 est de l'hydrogène. L'alimentation étant de l' hydrogène, et non du reform t comprenant de l'hydrogène, il n'y a pas de risque d'empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile 1. Le système ne comprend donc pas de dispositif d' élimination d' empoisonnement au monoxyde de carbone, et donc pa s de vanne commandée 18, de conduit 19, ni de connexion 21. Le dispositif d'alimentation en hyd-rogène du conduit 15 n' est pas représenté sur la figure. La figure 3 représente un système similaire à celui illustré par la figure 1 pré cédemment décrite, mais pour lequel le dispositif de purge d' engorgement en eau dans la pile à combustible 1 ne comprend pas les vannes commandées 28 et 30, mais comprend une v-anne commandée 32 de mise à la pression atmosphérique de la s. ortie anodique globale 24 des modules 2, 3 de la pile à combustible 1. Le dispositif de purge d'engorgement en eau comprend, en outre, une vanne commandée 33 de mise à la pression atmosphérique de la sortie cathodique globale 27 des modules 2, 3 de la pi le à combustible 1. Ces deux vannes 32, 33 des sorties globales anodique et cathodique sont respectivement connectées à l'unité de commande électronique 8 par des connexions 34, 35. Les vannes commandées 32, 33 permettent d'effectuer une mise à ïa pression atmosphérique temporaire des anodes A et des cathodes C des modules 2, 3 de la pile à combustible 1, et de purger ainsi un engorgement en eau dans la pile 1. La figure 4 représente un système similaire à celui représenté par la fignre 3, mais dont l'alimentation globale des anodes A des modules 2, 3 de la pile 1 est de l' hydrog ène. L'alimentation étant de l'hydrogène, et non du reformât comprenant de l' iydrogène, il n'y a pas de ri sque d' empoisonnement atα monoxyde de carbone dans la pile 1 , Le système ne comprend donc pas de dispositif d' élimination d' empoisonnement au. monoxyde de carbone, et donc pas de v anne commandée 18, de conduit 19, ni de connexion 21. Le dispositif d'alimentation en hydrogène du conduit 15 n'est pas représenté sur la figure. La figure 5 représente un système similaire à ceux illu strés par les figures 1 et 3 précédemment décrites, qui combine les deux dispositifs de purge d'engorgement en eau illustrées par les figures 1 et 3. Le dispositif de purge d'engorgement en eau dans la pile à combustible 1 comprend les vannes commandées 28, 30, 32 et 33, ainsi que leurs connexions respectives 29 , 31 , 34 et 35, qui permettent de purger un engorgement en eau dans la pile à combustible 1 en combinant simultanément leur fonctionnement décrits précédemment. Cette combinaison simultanée permet d'améliorer l' efficacité du dispositif de purge d' engorgement en eau de la pile, notamment en accélérant la purge. La figure 6 représente un système similaire à celui représenté par la figure 5, mais dont l'alimentation globale des anodes A des modules 2, 3 de la pile 1 est de l'hydrogène. L' alimentation étant de l'hydrogène, et non du reformat comprenant de l'hydrogène, il n'y a pas de risque d'empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile 1. Le système ne comprend donc pas de dispositif d'élimination d'empoisonnement au monoxyde de carbone, et donc pas de vanne commandée 18, de conduit 19 , ni de connexion 21. Le dispositif d' alimentation en hydrogène du conduit 15 n'est pas représenté sur la figure. La figure 7 décrit un système semblable à celui illustré par la figure 1, mais dans lequel la vanne commandée 28 d' alimentation globale en reform t est remplacée par un ensemble de vannes commandées 36, 37 pour réguler les débits d'entrée respectifs d'alimentation en reform t des anodes A respectives des modules 2, 3 de la pile 1. Les vannes commandées 36, 37 sont reliées à l' unité de commande électronique 8 par des connexions respectives 38, 39. De plus, la vanne commandée 30 d'alimentation globale en air est remplacée par un ensemble de vannes commandées 40, 41 pour réguler les débits d' entrée respectifs d'alimentation en air des cathodes C respectives des modules 2, 3 de la pile 1. Les vannes commandées 40, 41 sont reliées à l'unité de commande électronique 8 par des connexions respectives 42, 43. Cela permet de commander une purg e d' engorgement en eau dans la pile uniquement dans le module engorgé en eau, en d' autres termes dans le module le plus engorgé en eau, de la pile 1. Les moyens de traiteraient 9 sont alors capables de déterminer le module le plus engorgé en eau. La figure 8 représente un système similaire à celui représenté par la figure 7, mais dont l' alimentation globale des anodes A des modules 2, 3 de la pile 1 est de l'hydrogène. L'alimentation étant de l'hydrogène, et non du reform t comprenant de l'hydrogène, il n'y a pas de risque d' empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile 1. Le système ne comprend donc pas de dispo sitif d'élimination d'empoisonnement au monoxyde de carbone, et donc pas de vanne commandée 18, de conduit 19, ni de connexion 21. Le dispositif d' alimentation en hydrogène du conduit 15 n-' est pas représenté sur la figure. La figure 9 décrit un système semblable; à celui illustré par la figure 3, mais dans lequel les vannes commandées 32 et 33 de mise à la pression atmosphérique des sorties globales anodique et cathodique 24, 27 sont remplacées par des ensembles respectifs de vannes commandées de mise à la pression atmosphérique des modules respectifs 2, 3 de la pile 1. Des vannes commandées 44,
45 de mise à la pression atmosphérique des an odes A des modules respectifs 2, 3 de la pile 1 sont reliées à l' unité de commande électronique 8 par des connexions respectives 46, 47. Des vannes commandées 48, 49 de mise à la pression atmosphérique des cathodes C des modules respectifs 2, 3 de la pile 1 sont reliées à l'unité de commande électronique 8 par des connexions respectives 50, 51. Cela permet de conrmander une purge d'engorgement en eau dans la pile uniquem-ent dans le module engorgé en eau, en d'autres termes dans le mo dule le plus engorgé en eau, de la pile 1. Les moyens de trait ement 9 sont alors capables de déterminer le module le plus eπgoτgé en eau. La figure 10 représente un système similaire à celui représenté par la figure 9, mais dont l'alimentation globale des anodes A des modules 2, 3 de la pile 1 est de l' hydrogène. L'alimentation étant de l'hydrogène, et non du reformat comprenant de l'hydrogène, il n'y a pas de risque d'empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile 1. Le système ne comprend donc pas de dispositif d' élimination d'empoisonnement au monoxyde de carbone, et donc pas de vanne commandée 18, de conduit 19, ni de connexion 21. Le dispositif d'alimentation en hydrogène du conduit 15 n'est pas représenté sur la figure. La figure 11 représente un système similaire à ceux illustrés par les figures 7 et 9 précédemment décrites, qui combine les deux dispositifs de purge d' engorgement en eau illustrées par les figures 7 et 9. Le dispositif de purge d'engorgement en eau dans la pile à combustible 1 comprend les vannes commandées d' alimentations 36, 37, 40, 41 , et les vannes commandées de mise à la pression atmosphérique 44, 45, 48, 49. Cette combinaison simultanée permet d'améliorer l'efficacité du dispositif de purge sélective d'engorgement en eau de la pile, notamment en accélérant la purge dans le module le plus engorgé en eau. La figure 12 représente un système similaire à celui représenté par la figure 11 , mais dont l'alimentation globale des anodes A des modules 2, 3 de la pile 1 est de l'hydrogène. L' alimentation étant de l'hydrogène, et non du reformat comprenant de l'hydrogène, il n'y a pas de risque d'empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile 1. Le système ne comprend donc pas de dispositif d' élimination d' empoisonnement au monoxyde de carbone, et donc pas de vanne commandée 18, de conduit 19, ni de connexion 21. Le dispositif d' alimentation en hydrogène du conduit 15 n' est pas représenté sur la figure. Bien entendu toute autre combinaison est valable, par exemple une combinaison de vanne commandée d'alimentation globale et de vannes commandées d'alimentations des modules respectifs. La figure 13 illustre un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans le cas d'une alimentation, du système en hydrogène, et non en reformat. Le procédé débute par une étape 52 de détection du mode de fonctionnement de la pile à combustible 1. La pile 1 comprend couenne mode de fonctionnement un mode démarrage, un mode nominal, et un mode arrêt. Lors d'une étape suivante 53, on mesure les tensions électriques, ou différences de potentiels, aux boarnes des cellules de la pile 1, au moyen des ensembles 10, 11 d e capteurs de la tension électrique aux bornes des cellules respectives de chaque module 2, 3. Chaque mesure de tension électriqταe de cellule est transmise à l'unité de commande électronique 8 - Les moyens de calcul 9a des moyens de traitement 9 calculent ura écart-type σUccU desdites tensions électriques mesurées aux borne s des cellules de la pile. Le calcul de cet écart-type συcelj est effectué au moyen de l'équation suivante : (1) dans laquelle : N ceu_a.D (k) est Ie nombre de cellules du module k ;
Nmod est le nombre de modules de la pile à combixstible 1 ; u](t) est la tension électrique aux bornes de la cellule i du module j à un instant t ; et ϋcell(t) est la. tension électrique moyenne aux bornes d' une cellule de la pile 1 à l'instant t. La tension électrique moyenne ÛwU(t) aux bornes d'une cellule de la pile 1 à l'instant t, est définie par l' équation :
Toutes ces équations sont bien entendues également valables lorsque le nombre de modules Nmod de la pile 1 est égal à
1. Lors d'une étape 54 suivante, les moyens de comparaison 9b des moyens de traitement 9 effectuent une comparaison entre l'écart-type σUeell calculé et une valeur d'écart-type de seuil σsellil prédéterminé dépendant du mode de fonctionnement de la pile à combustible. Si l' écart-type σUce]1 est inférieur à l' écart-type de seuil σseun prédéterminé, alors le procédé se poursuit par ladite étape
52, car il n'y a pas d'engorgement en eau dans la pile à combustible. Si l' écart-type σϋcen est supérieur ou égal à l' écart-type de seuil σseuiι prédéterminé, alors le procédé se poursuit par une étape 55 optionnelle de détermination du module le plus engorgé en eau.
Cette étape est optionnelle, car elle est inutile lorsque la pile 1 ne comprend qu'un seul module, ou lorsque le dispositif de purge d' engorgement en eau dans la pile 1 ne comprend que des vannes commandées de régulation d' alimentations globales ou de mise à la pression atmosphérique globale des modules de la pile 1, comme cela est représenté sur les figures 2, 4, et 6. Elle est effectuée pour les systèmes représentés sur les figures 8, 10 et 12. Lorsque ladite étape 55 est effectuée, elle l' est en calculant un écart-type des tensions électriques des cellules de chaque module, et en déterminant le module ayant le plus grand de ces écarts-types, qui sera le module le plus engorgé en eau. L' écart-type σ{j d'un module j est calculé par les moyens 9, par l'équation : Puis, lors d'une étape 56, le moyens de commande 14 commande une purge d' engorgement en eau de la pile 1 ou du module le plus engorgé en eau, suivant la présence ou non de l'étape 55, présence dépendant du système. On passe ensuite à ladite étape 53. La figure 14 illustre un mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention dans le cas d'une alimentation du système en reformat, et non en hydrogène. Il peut donc y avoir présence d'empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile L Le procédé débute par les étapes 52 et 53. Lors de l'étape 53 il n' est pas dans ce mode de réalisation nécessaire de calculer les écarts- types mentionnés. Mais les moyens de calcul 9a calculent en outre une différence de tensions électriques entre une tension électrique moyenne de cellule ϋ^,, pour la pile 1 et une tension électrique moyenne de cellule prédéterminée U°ell. La tension électrique moyenne de cellule prédéterminée U^ représente une tension électrique moyenne en l'absence d' empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile 1. Lors d'un empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile 1, ce sont toutes les tensions électriques aux bornes des cellules de la pile 1 qui chutent, contrairement au cas d'un engorgement en eau, où seules les tensions électriques aux bornes des cellules engorgées chutent. S'ensuit une étape 57 de comparaison lors de laquelle les moyens de comparaison 9b des moyens de traitement 9 comparent ladite différence de tensions électriques Û^n - U^ avec une différence de tensions électriques de seuil ΔUseui] prédéterminée qui dépend du mode de fonctionnement du système. Si la différence de tensions électriques Uceιι -UçeU est inférieure à la différence de tensions électriques de seuil ΔUsβui| prédéterminée, alors le procédé se poursuit par l'étape 52. Si la différence de tensions électriques UceU - UJ?e,ι est supérieure ou égale à la différence de tensions électriques de seuil ΔUseail prédéterminée, lors d'une étape 58, les moyens de commande 14 commande un dispositif d' élimination d'empoisonnement au monoxyde de carbone, par exemple comme celui représenté sur les figures 1, 3, 5, 7, 9 et 11. La figure 15 illustre un mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention dans le cas d'une alimentation du système en reformat, et non en hydrogène, combinant les étapes des deux procédés précédemment décrits, lors de la prise en compte des risques d'empoisonnement au monoxyde de carbone et les risques d' engorgement en eau dans la pile à combustible. L'invention permet donc d'optimiser le fonctionnement d'une pile à combustible, en détectant un empoisonnement au monoxyde de carbone et un engorgement en eau dans la pile à combustible, et en éliminant la présence d'empoisonnement au monoxyde de carbone et en purgeant un engorgement en eau. L'invention permet également de pouvoir purger un engorgement en eau de la pile par module de la pile, afin de cibler la purge.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de gestion d'un système de pile à combustible comprenant un reformeur pour alimenter la pile à combustible (1 ) en gaz de reformat contenant de l'hydrogène et un compresseur (4) pour alimenter en air ladite pile à combustible (1), ladite pile à combustible (1) étant composée de cellules regroupées en Nmod modules (2, 3), caractérisé par le fait que : on mesure des tensions électriques aux bornes de chaque cellule de chaque module de ladite pile ; on calcule une différence de tensions électriques entre une tension électrique moyenne de cellule ÛceIl pour la pile (1) et une tension électrique moyenne de cellule prédéterminée U°cU ; on compare ladite différence de tensions électriques U^ -U^i avec une différence de tensions électriques de seuil ΔUseufl prédéterminée ; et on en déduit l'existence d'empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile (1) lorsque ladite différence de tensions électriques Û^n -U^ est supérieure ou égale à ladite différence de tensions électriques de seuil ΔUseuil prédéterminée, et l' absence d' empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile (1) lorsque ladite différence de tensions électriques Ucelι - u i est inférieure à ladite différence de tensions électriques de seuil ΔUseuil prédéterminée.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que ladite tension électrique moyenne de cellule O XÏ prédéterminée et ladite différence de tensions électriques de seuil ΔUseuil prédéterminée dépendent du mode de fonctionnement de la pile à combustible (1), ladite pile à combustible (1) comprenant comme mode de fonctionnement un mode démarrage, un mode nominal, et un mode arrêt.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'en cas d'existence d' empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile (1), on ajoute de l' air dans le gaz de re format.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'en cas d'absence d'empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile (1), on calcule un écart-type σUcell desdites tensions électriques mesurées aux bornes des cellules de la pile (1) ; on compare ledit écart-type σUccπ avec un écart-type de seuil σseuij prédéterminé ; et on déduit de la comparaison l'existence ou l'absence d'engorgement en eau dans la pile (1), l'existence d'engorgement en eau dans la pile (1) se traduisant par ledit écart-type σUceU étant supérieur ou égal audit écart-type de seuil σseuil prédéterminé, et l'absence d'engorgement en eau dans la pile (1) se traduisant par ledit écart-type σχjcel] étant inférieur audit écart-type de seuil σseui, prédéterminé.
5. Procédé de gestion d' un système de pile à combustible comprenant un dispositif pour alimenter la pile à combustible (1 ) en hydrogène et un compresseur (4) pour alimenter en air ladite pile à combustible (1), ladite pile à combustible (1) étant composée de cellules regroupées en Nmod modules (2, 3), caractérisé par le fait que : on mesure des tensions électriques aux bornes de chaque cellule de chaque module de ladite pile (1) ; on calcule un écart-type σUcelι desdites tensions électriques mesurées aux bornes des cellules de la pile (1) ; on compare cedit écart-type σϋccn avec un écart-type de seuil σseuiI prédéterminé ; et on déduit de la comparaison l'existence ou l' absence d'engorgement en eau dans la pile (1), l' existence d' engorgement en eau dans la pile (1) se traduisant par ledit écart-type σUcell étant supérieur ou égal audit écart-type de seuil σscu I prédéterminé, et l'absence d'engorgement en eau dans la pile (1) se traduisant par ledit écart-type σUceU étant inférieur audit écart-type de seuil σseαiι prédéterminé.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait qu'en cas d'existence d'engorgement en eau dans la pile (1), on commande une purge dudit engorgement en eau.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que ladite valeur prédéterminée d'écart- type de seuil σseui] dépend du mode de fonctionnement de la pile à combustible (1), ladite pile à combustible (1) comprenant comme mode de fonctionnement un mode démarrage, un mode nominal, et un mode arrêt.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait qu'en cas d'existence d'engorgement en eau dans la pile (1) : on calcule, pour chaque module respectif, un écart-type des tensions électriques mesurées aux bornes des cellules du module ; on détermine le module ayant le plus élevé desdits écarts- types calculés pour chaque module ; et on commande ladite purge dudit engorgement en eau» <- uniquement pour ledit module ayant le plus élevé desdits écarts- types, qui est le module le plus engorgé en eau.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendication 6 à 8, caractérisé par le fait que ladite purge d'engorgement en eau est réalisée en augmentant les débits gazeux anodique et cathodique en entrée de chaque module ou en entrée du module le plus engorgé en eau.
10. Procédé selon l' une quelconque des revendication 1 à 6, caractérisé par le fait que ladite purge d' engorgement en eau est réalisée en mettant à la pression atmosphérique les sorties anodique et cathodique de chaque module ou les sorties anodique et cathodique du module le plus engorgé en eau.
11. Système de gestion d'un système de pile à combustible comprenant un reformeur pour alimenter la pile à combustible (1 ) en gaz de reformat comprenant de l'hydrogène, un compresseur (4) pour alimenter en air ladite pile à combustible (1) et une unité de commande électronique (8), ladite pile à combustible (1) étant composée de cellules regroupées en Nmod modules (2, 3), ledit système est caractérisé par le fait qu'il comprend : un capteur de la tension électrique aux bornes de chacune desdites cellules de la pile (1), connecté à l'unité de commande électronique (8), pour transmettre des mesures de tensions électriques aux bornes d'une cellule respective ; un dispositif d'élimination d'empoisonnement au monoxyde de carbone dans la pile (1) ; un dispositif de purge d'engorgement en eau dans la pile
(D ; des moyens de commande (14) desdits dispositifs d'élimination d'empoisonnement au monoxyde de carbone et de purge d'engorgement en eau dans la pile ; et des moyens de traitement (9) dans l'unité de commande électronique (8), recevant les mesures desdits capteurs de la tension électrique aux bornes de chacune desdites cellules respectives et fournissant des signaux auxdits moyens de commande (14), lesdits moyens de traitement (9) comprenant des moyens de calcul (9a) et des moyens de comparaison (9b).
12. Système selon la revendication 11 , caractérisé par le fait que ledit dispositif d'élimination d'empoisonnement au monoxyde de carbone comprend une vanne commandée (18) par lesdits moyens de commande (14), reliée audit compresseur (4), pour réguler un débit d'air ajouté dans ledit gaz de reformat.
13. Système de gestion d'un système de pile à combustible comprenant un dispositif pour alimenter la pile à combustible (1) en hydrogène, un compresseur (4) pour alimenter en air ladite pile à combustible (1) et une unité de commande électronique (8), ladite pile à combustible (1) étant composée de cellules regroupées en Nmod modules, ledit système est caractérisé par le fait qu'il comprend : un capteur de la tension électrique aux bornes de chacune desdites cellules de la pile, connecté à l' unité de commande électronique (8), pour transmettre des mesures de tensions électriques aux bornes d'une cellule respective ; un dispositif de purge d'engorgement en eau dans la pile ; des moyens de commande (14) desdits dispositifs d'élimination d'empoisonnement au monoxyde de carbone et de purge d'engorgement en eau dans la pile (1) ; et des moyens de traitement (9) dans l'unité de commande électronique (8), comprenant des moyens de calculs (9a) aptes à calculer un écart-type συcelI desdites tensions électriques mesurées aux bornes des cellules de la pile à combustible, et des moyens de comparaison (9b) aptes à comparer ledit écart-type σUcell avec un écart-type de seuil θ"seuil prédéterminé, lesdits moyens de traitement (9) étant aptes à en déduire l'existence ou l'absence d' engorgement en eau dans la pile, l'existence d'engorgement en eau dans la pile se traduisant par ledit écart-type σ ceU étant supérieur ou égal audit écart-type de seuil σscuiJ prédéterminé, et l' absence d'engorgement en eau dans la pile se traduisant par ledit écart-type σUcel] étant inférieur audit écart-type de seuil σseuU prédéterminé.
14. Système selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé par le fait que le dispositif de purge d'engorgement en eau dans la pile comprend une vanne (30) commandée par lesdits moyens de commande (14), pour réguler le débit d'alimentation global des cathodes (C) des modules ou Nmod vannes (40, 41) commandées par lesdits moyens de commande (14), pour réguler le débit d'alimentation respectif de la cathode (C) de chaque module (2, 3).
15. Système selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé par le fait que le dispositif de purge d'engorgement en eau dans la pile (1) comprend une vanne (28) commandée par lesdits moyens de commande (14), pour réguler le débit d'alimentation global des anodes (A) des modules ou Nmod vannes (36, 37) commandées par lesdits moyens de commande (14), pour réguler le débit d'alimentation respectif de l 'anode (A) de chaque module.
16. Système selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé par le fait que le dispositif de purge d'engorgement en eau dans la pile (1) comprend une vanne (33) commandée par lesdits moyens de commande (14), de mise à la pression atmosphérique de la sortie cathodique globale (27) de la pile à combustible (1) ou Nmo vannes (48, 49) commandées par lesdits moyens de commande (14), de mise à la pression atmosphérique de la sortie cathodique respective (25, 26) de chaque module (2, 3).
17. Système selon l'une quelconque des revendications 11 à 16, caractérisé par le fait que le dispositif de purge d'engorgement en eau dans la pile (1) comprend une vanne (32) commandée par lesdits moyens de commande (14), de mise à la pression atmosphérique de la sortie anodique globale (24) de la pile à combustible (1) ou Nmod vannes (44, 45) commandées par lesdits moyens de commande (14), de mise à la pression atmosphérique de la sortie anodique respective (22, 23) de chaque module.
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