FR2915835A1 - Procede et systeme de gestion d'un systeme de pile a combustible - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de gestion d'un système de pile à combustible comprenant une pile à combustible 1 composée de plusieurs modules (2, 3), et des circuits de distribution pour alimenter en hydrogène, oxygène et liquide de refroidissement chaque module de la pile à combustible, dans lequel :on choisit un circuit de distribution,on détermine le débit du fluide alimentant un module et circulant dans le circuit de distribution choisi,on calcule, à partir du courant fourni par la pile à combustible, un débit minimal de fluide pour l'alimentation du module,on compare le débit déterminé avec le débit minimal, eton déduit de la comparaison l'existence ou l'absence d'un déséquilibre dans le circuit de distribution choisi, l'existence d'un déséquilibre se traduisant par le fait que le débit déterminé est inférieur ou égal au débit minimal, et l'absence de déséquilibre se traduisant par le fait que le débit déterminé est supérieur au débit minimal.

Description

B06/5147FR / GBO 6919/YK Société par Actions Simplifiée dite : RENAULT
s.a.s. Procédé et système de gestion d'un système de pile à combustible Invention de : BENCHERIF Karim GAUDILLAT Pierre 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 modules. La distribution des fluides entre les différents modules composant la pile à combustible est un gage de stabilité de fonctionnement qui influe fortement sur les performances de la pile à combustible. Des déséquilibres hydrauliques dans le ou les circuits de distribution des fluides alimentant les modules, peuvent altérer le fonctionnement de la pile à combustible en diminuant, par exemple, la conductivité de la membrane et/ou en augmentant la pente de la partie linéaire des courbes de polarisation. 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, puis on déclenche une purge en fonction du résultat. 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.
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. La demande de brevet FR 2 866 473 décrit un procédé dans lequel on mesure des tensions électriques aux bornes de chaque cellule de chaque module d'une pile à combustible afin de déterminer l'existence ou l'absence d'empoisonnement au monoxyde de carbone de la pile à combustible. Les documents précédents permettent de détecter un dysfonctionnement des cellules ou des modules d'une pile à combustible. Cependant, aucun des documents précédents ne permet de détecter un déséquilibre hydraulique apparaissant dans un circuit de distribution d'un fluide alimentant les modules de la pile à combustible. Le but de l'invention est de gérer le fonctionnement d'un système de pile à combustible, et notamment les circuits de distribution des fluides alimentant les modules de la pile à combustible, afin d'améliorer son fonctionnement. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un procédé de gestion d'un système de pile à combustible comprenant une pile à combustible composée de plusieurs modules, et un premier circuit de distribution pour alimenter en hydrogène chaque module de la pile à combustible, un deuxième circuit de distribution pour alimenter en oxygène chaque module de la pile à combustible et un troisième circuit de distribution pour alimenter en liquide de refroidissement chaque module de la pile à combustible. Le procédé comprend des étapes lors desquelles : on choisit un circuit de distribution, on détermine le débit du fluide alimentant un module et circulant dans le circuit de distribution choisi, on calcule, à partir du courant fourni par la pile à combustible, un débit minimal de fluide pour l'alimentation du module, on compare le débit déterminé avec le débit minimal, et on déduit de la comparaison l'existence ou l'absence d'un déséquilibre dans le circuit de distribution choisi, l'existence d'un déséquilibre se traduisant par le fait que le débit déterminé est inférieur ou égal au débit minimal, et l'absence de déséquilibre se traduisant par le fait que le débit déterminé est supérieur au débit minimal.
Il est ainsi possible de déterminer un dysfonctionnement hydraulique dans un circuit de distribution d'un fluide alimentant le module. En particulier, à partir du courant délivré par la pile à combustible et en considérant que le module fonctionne normalement, il est possible de calculer un débit minimum devant alimenter le module, et d'en déduire éventuellement, à partir de la détermination du débit alimentant ledit module, un écart entre le débit minimum et le débit déterminé. Préférentiellement, le procédé comprend également des étapes lors desquelles : - on détermine le débit du fluide alimentant chaque module et circulant dans le circuit de distribution choisi, - on calcule l'écart-type des débits alimentant chaque module, - on compare cet écart-type avec un écart-type de seuil, et - on déduit de la comparaison l'existence ou l'absence d'un déséquilibre dans le circuit de distribution choisi, l'existence d'un déséquilibre se traduisant par le fait que l'écart-type est supérieur ou égal à l'écart-type de seuil, et l'absence de déséquilibre se traduisant par le fait que l'écart-type est inférieur à l'écart-type de seuil. On peut déterminer dans ce cas, un déséquilibre hydraulique entre les différents modules alimentés par le circuit de distribution. En particulier, il est possible de déterminer des différences de débits entre les différents modules, susceptibles de provoquer une baisse des performances de la pile à combustible. Préférentiellement, le procédé comprend des étapes lors desquelles : - on mesure également le débit total du fluide circulant dans l'ensemble du circuit de distribution choisi de la pile à combustible, - on calcule la différence entre le débit total du fluide et la somme des débits du fluide alimentant chaque module et circulant dans ledit circuit de distribution, - on compare ladite différence avec un débit de seuil, et - on déduit de la comparaison l'existence ou l'absence d'une fuite dans ledit circuit de distribution, l'existence d'une fuite se traduisant par le fait que ladite différence est supérieure ou égale au débit de seuil, et l'absence de fuite se traduisant par le fait que ladite différence est inférieure au débit de seuil. Il est ainsi possible, à partir des mesures des capteurs, de déterminer à la fois un déséquilibre entre les différents modules de la pile à combustible, et une fuite dans le circuit de distribution. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, on détermine le débit du fluide alimentant un module et circulant dans le circuit de distribution choisi en mesurant avec un débitmètre.
Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, on détermine le débit du fluide alimentant un module et circulant dans le circuit de distribution choisi en mesurant la perte de charge, dans le circuit de distribution, entre l'entrée et la sortie du module.
Dans ce mode de mise en oeuvre, on utilise plus particulièrement, et parmi d'autres grandeurs, des mesures de pertes de charge dans la partie du circuit de distribution alimentant ledit module, pour déterminer le débit du fluide alimentant ledit module.
Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, le circuit de distribution choisi est le troisième circuit de distribution, et on détermine le débit du fluide alimentant un module et circulant dans le troisième circuit de distribution en mesurant la différence de température du liquide de refroidissement entre l'entrée et la sortie du module. Ce mode de mise en oeuvre s'applique plus particulièrement au circuit de distribution du liquide de refroidissement car les capteurs de température sont plus efficaces lorsque le fluide est un liquide plutôt qu'un gaz. De plus, la fonction du liquide de refroidissement implique une variation de température entre l'entrée et la sortie de la pile à combustible qui est suffisante pour pouvoir déterminer, notamment le débit. Préférentiellement, en cas de déséquilibre dans le circuit de distribution choisi, on commande le changement du point de fonctionnement de la pile ou bien on modifie le débit du fluide dans le circuit de distribution. Le changement de point de fonctionnement de la pile à combustible permet de modifier les besoins de la pile de manière à ce qu'ils correspondent aux débits alimentant effectivement les modules. En particulier, si le débit d'hydrogène ou d'oxygène alimentant plusieurs modules de la pile à combustible est inférieur au débit théorique permettant un fonctionnement adéquat de la pile, il est possible de modifier le point de fonctionnement de celle-ci de manière à ce que les débits d'hydrogène et d'oxygène alimentant les modules correspondent à un meilleur rendement desdits modules. L'autre possibilité consiste à modifier le débit du fluide dans le circuit de distribution, afin de compenser le déséquilibre des débits entre les différents modules. Ainsi, dans le cas d'une distribution active comprenant un système de vannes adapté, il est possible de modifier le débit d'un module particulier par rapport aux autres de manière à compenser un déséquilibre ; dans le cas d'une distribution passive, il est envisageable d'augmenter les débits de tous les modules de manière à augmenter, pour l'ensemble de la pile à combustible, le rendement. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un système de gestion d'un système de pile à combustible comprenant une pile à combustible composée de plusieurs modules, une unité de commande électronique et un premier circuit de distribution pour alimenter en hydrogène chaque module de la pile à combustible, un deuxième circuit de distribution pour alimenter en oxygène chaque module de la pile à combustible et un troisième circuit de distribution pour alimenter en liquide de refroidissement chaque module de la pile à combustible. Le système comprend un capteur capable de mesurer une grandeur caractéristique de l'écoulement d'un fluide alimentant un module et circulant dans un circuit de distribution donné, le capteur étant connecté à l'unité de commande électronique. L'unité de commande électronique comprend un premier moyen capable de déterminer le débit du fluide alimentant le module et circulant dans le circuit de distribution donné, à partir des mesures du capteur ; un deuxième moyen capable de calculer, à partir du courant fourni par la pile à combustible, un débit minimal de fluide pour l'alimentation du module, et un troisième moyen capable de comparer le débit déterminé par le premier moyen avec le débit minimal calculé par le deuxième moyen, de manière à déduire l'existence ou l'absence d'un déséquilibre dans le circuit de distribution. Préférentiellement, le système comprend, pour chaque module, un capteur capable de mesurer une grandeur caractéristique de l'écoulement d'un fluide circulant dans un circuit de distribution donné, le capteur étant connecté à l'unité de commande électronique. De plus, l'unité de commande électronique comprend un quatrième moyen capable de déterminer le débit du fluide alimentant chaque module et circulant dans le circuit de distribution donné, à partir des mesures de chaque capteur ; un cinquième moyen capable de calculer l'écart-type des débits alimentant chaque module, et un sixième moyen capable de comparer cet écart-type avec un écart-type de seuil, de manière à déduire l'existence ou l'absence d'un déséquilibre dans le circuit de distribution. Selon un mode de réalisation, le capteur est un débitmètre.
Selon un mode de réalisation, le capteur est un capteur de pression capable de mesurer la perte de charge, dans le circuit de distribution donné, entre l'entrée et la sortie du module. Selon un mode de réalisation, le circuit de distribution donné est le troisième circuit de distribution et le capteur est un capteur de température capable de mesurer la différence de température, dans le troisième circuit de distribution, entre l'entrée et la sortie du module. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée 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, comprenant des débitmètres, - la figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation d'un système selon l'invention, comprenant des capteurs de pression ou de température, - les figures 3 à 5 représentent des organigrammes de différents procédés selon l'invention. Sur la figure 1 est représentée une pile à combustible 1 composée d'un ensemble de cellules regroupées en modules 2, 3. Sur les figures 1 et 2, on a représenté le cas ou le nombre de modules est égal à 2, mais la description est valable pour toutes les piles à 20 combustible dont le nombre de modules est un nombre entier supérieur ou égal à 2. La pile à combustible 1 est par exemple une pile de type PEM (en anglais : Proton Exchange Membrane ) constituée d'un ensemble de cellules connectées en série dont le nombre et le dimensionnement sont choisis de manière à atteindre la tension de 25 fonctionnement et la puissance nominale souhaitée pour la pile à combustible 1. Les cellules de chaque module 2, 3 de la pile à combustible 1 comprennent un compartiment anodique et un compartiment cathodique. Les compartiments cathodiques sont plus spécifiquement 30 alimentés, via un circuit de distribution, en hydrogène produit par exemple par un reformeur (non-représenté) à partir d'un carburant hydrocarboné ou bien issu d'un réservoir d'hydrogène. Les compartiments anodiques sont plus spécifiquement alimentés, via un circuit de distribution, en oxygène issu de l'air ambiant et fourni par 15 exemple par un groupe de compression d'air (non-représenté). Par ailleurs, un liquide de refroidissement circule dans la pile à combustible afin de refroidir, en fonctionnement normal, la pile à combustible. Le circuit de distribution permet d'extraire et d'évacuer la puissance thermique dégagée par les modules au niveau par exemple des échangeurs ou des condenseurs. Pour des raisons de simplification, la pile à combustible illustrée sur les figures 1 et 2 a été représentée avec un seul circuit de distribution. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à un système de pile à combustible comprenant un seul circuit de distribution de fluide, mais englobe les systèmes de pile à combustible comprenant plusieurs circuits de distribution, que ceux-ci soient identiques ou différents à celui qui va être décrit ci-dessous. On considère que le circuit de distribution illustré sur les figures 1 et 2 permet d'alimenter les modules 2, 3 de la pile à combustible 1 en hydrogène. L'hydrogène est acheminé vers les modules par une conduite d'alimentation globale 4 reliée par exemple à un reformeur. La conduite 4 se sépare en deux conduites 5 et 6 d'alimentation en hydrogène des modules respectifs 2, 3 de la pile à combustible 1. La conduite d'alimentation globale 4 et les deux conduites 5 et 6 comprennent chacune respectivement un capteur 7, 8, 9 qui est par exemple, dans le cas du premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, un débitmètre. Les débitmètres 7, 8 et 9 sont respectivement reliés par des connexions 10, 11 et 12 à une unité de commande électronique ou UCE 13. L'UCE 13 comprend des moyens de traitement 14 aptes à détecter, dans le circuit de distribution d'hydrogène : un déséquilibre entre les différents modules 2, 3 de la pile à combustible 1, un déséquilibre d'alimentation au niveau d'un module ou bien encore une fuite. En particulier, les moyens de traitement 14 détectent des anomalies dans le circuit de distribution à partir des mesures transmises par les débitmètres 7, 8, 9. L'UCE 13 comprend également des moyens de commande 15 capable de modifier, par exemple à l'aide de vannes, la circulation de l'hydrogène entre les différents modules, dans le circuit de distribution. Des conduites respectives d'évacuations 16, 17 des gaz anodiques de chaque module 2, 3 de la pile à combustible 1, se rejoignent en une conduite globale d'évacuation 18. Les conduites d'évacuations 16, 17 peuvent comprendre respectivement des vannes 19, 20 capables de modifier l'alimentation en hydrogène des modules 2, 3. Les moyens de traitements 14 comprennent, dans le cas de ce premier mode de réalisation, plusieurs moyens de calculs pour détecter d'éventuels déséquilibres. Un premier moyen 21 permet ainsi, à partir par exemple des mesures envoyées par le débitmètre 8 (ou 9), de déterminer le débit de l'hydrogène alimentant le module 2 (ou 3) de la pile à combustible 1. Un deuxième moyen 22 permet, notamment à partir par exemple du courant délivré par la pile à combustible 1 et à partir d'une valeur minimale de la stoechiométrie anodique, de calculer un débit minimal d'hydrogène devant alimenter, en fonctionnement normal, le module 2. En particulier, la valeur minimale de la stoechiométrie anodique peut être une valeur prédéfinie ou bien déterminée à partir d'un modèle ou d'une cartographie. Un troisième moyen 23 compare la valeur du débit déterminée par le premier moyen 21 et la valeur du débit minimal calculée par le deuxième moyen 22, et permet de déduire, lorsque le débit déterminé est inférieur ou égal au débit minimal calculé, l'existence d'un déséquilibre. L'UCE peut alors commander les vannes 19, 20 ou bien encore le reformeur afin de rétablir une valeur de débit supérieure à la valeur minimale calculée. L'UCE 13 peut également déterminer un déséquilibre d'alimentation entre les différents modules 2, 3. Un quatrième moyen 24 détermine le débit d'hydrogène alimentant chaque module 2, 3 à partir des mesures des débitmètres 8 et 9. Un cinquième moyen 25 calcule, à partir des débits, un écart-type et un sixième moyen 26 compare l'écart-type calculé à un écart-type seuil prédéfinie ou déterminé à partir d'un modèle ou d'une cartographie, de manière à en déduire l'existence ou l'absence d'un déséquilibre d'alimentation en hydrogène entre les différents modules 2, 3. Par exemple, il est possible de détecter une différence importante entre le débit d'hydrogène alimentant le module 2 et le débit d'hydrogène alimentant le module 3. Une commande des vannes 19 et 20 peut alors permettre de rétablir un équilibre entre les débits, ou bien au contraire de stopper l'alimentation d'un module si celui-ci est jugé défaillant. L'UCE 13 peut également, à partir des mesures faites par les trois débitmètres 7, 8, 9, détecter une fuite dans le circuit de distribution d'hydrogène. En particulier, si la somme des débits mesurés par les débitmètres 8 et 9 n'est pas égale au débit mesuré par le débitmètre 7, l'UCE peut décider d'alerter l'utilisateur du véhicule, voire d'arrêter la pile à combustible 1 si la différence entre les deux valeurs dépasse un seuil prédéfini.
Le premier mode de réalisation peut s'appliquer également au circuit de distribution d'oxygène ou au circuit de distribution du liquide de refroidissement. La figure 2 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel les éléments communs au premier mode de réalisation portent les mêmes références. Dans le deuxième mode de réalisation, le circuit de distribution considéré est le circuit de distribution du liquide de refroidissement, et le débit de liquide de refroidissement alimentant les différents modules 2, 3 de la pile à combustible 1 est déterminé à partir de capteurs de température ou de pression. Ainsi, le circuit de distribution du liquide de refroidissement comprend un capteur 27 sur la conduite d'alimentation globale 4, des capteurs 28, 29, 33, 34 respectivement sur les conduites 5, 6, 16, 17 d'alimentation et d'évacuation des modules, et un capteur 35 sur la conduite d'évacuation globale 18. Les capteurs 27 et 35 peuvent être des capteurs de pression ou des capteurs de température, et permettent de mesurer respectivement une différence de température ou une perte de charge entre l'entrée et la sortie de la pile à combustible 1.
Les capteurs 28, 29, 33 et 34 sont également des capteurs de température ou des capteurs de pression, et permettent de mesurer respectivement une différence de température ou une perte de charge entre l'entrée et la sortie des modules 2, 3 de la pile à combustible.
Les capteurs 27, 28, 29, 33, 34 et 35 sont reliés à l'UCE 13 par des connexions 30, 31, 32, 36, 37 et 38. Deux vannes 39 et 40 sont montées respectivement sur les conduites 5 et 6, et permettent de modifier la circulation du liquide de refroidissement.
Le premier moyen 21 permet, à partir par exemple des mesures envoyées par les capteurs 28 et 33 (ou 29 et 34), de déterminer le débit du liquide de refroidissement alimentant le module 2 (ou 3) de la pile à combustible 1. Le premier moyen 21 peut utiliser, pour déterminer ledit débit de liquide de refroidissement, un modèle mémorisé dans l'UCE et tenant compte d'autres grandeurs telles que les valeurs fournies par les capteurs 27 et 35, ou bien encore une cartographie mémorisée comprenant une ou plusieurs entrées. Le deuxième moyen 22 permet, notamment à partir par exemple du courant délivré par la pile à combustible 1 et à partir d'une valeur minimale de la stoechiométrie anodique, de calculer un débit minimal de liquide de refroidissement devant alimenter, en fonctionnement normal, le module 2. En particulier, la valeur minimale de la stoechiométrie anodique peut être une valeur prédéfinie ou bien déterminée à partir d'un modèle ou d'une cartographie. Le troisième moyen 23 compare la valeur du débit déterminée par le premier moyen 21 et la valeur du débit minimal calculée par le deuxième moyen 22, et permet de déduire, lorsque le débit déterminé est inférieur ou égal au débit minimal calculé, l'existence d'un déséquilibre. L'UCE peut alors commander les vannes 39, 40 de manière à rétablir une valeur de débit supérieure à la valeur minimale calculée. L'UCE 13 peut également déterminer un déséquilibre d'alimentation entre les différents modules 2, 3. Un quatrième moyen 24 détermine le débit de liquide de refroidissement alimentant chaque module 2, 3 à partir des mesures des débitmètres 28, 29, 33 et 34. Un cinquième moyen 25 calcule, à partir des débits, un écart-type et un sixième moyen 26 compare l'écart-type calculé à un écart-type seuil prédéfinie ou déterminé à partir d'un modèle ou d'une cartographie, de manière à en déduire l'existence ou l'absence d'un déséquilibre d'alimentation en liquide de refroidissement entre les différents modules 2, 3. Le deuxième mode de réalisation s'applique aussi au circuit de distribution d'hydrogène ou d'oxygène. Toutefois, dans ce cas, on utilisera de préférence des capteurs 27, 28, 29, 33, 34, 35 de pression.
La figure 3 illustre un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans le cas du premier mode de réalisation. Le procédé débute par une étape 41 de mesure et/ou de détermination du débit Qi de fluide alimentant chaque module 2, 3 de la pile à combustible 1. L'étape 41 comprend également la mesure et/ou la détermination du débit total Qtot de fluide circulant dans l'ensemble de la pile à combustible 1. Lors d'une étape 42, l'UCE calcule la différence entre le débit total Qtot et la somme des débits Qi, puis compare la valeur obtenue à une valeur seuil Qmax mémorisée ou déterminée en fonction de paramètres de fonctionnement de la pile à combustible. Si la différence est supérieure ou égale à la valeur seuil Qmax, alors le procédé se poursuit par une étape 43 durant laquelle des modules de la pile à combustible peuvent être isolés (via les vannes 19 et 20) ou bien la pile à combustible 1 peut être arrêtée. Le procédé reprend alors à l'étape 41. Si la différence entre le débit total Qtot et la somme des débits Qi, est inférieure à la valeur seuil Qmax, alors il n'y a pas de fuite notable dans le circuit de distribution et le procédé se poursuit par une étape 44. Durant l'étape 44, l'UCE calcule l'écart-type 6 des débits Qi et le compare à un écart-type seuil 6seuil prédéterminé. Si l'écart-type 6 est supérieur ou égal à 6seuil, alors l'UCE peut commander, lors d'une étape 45, les vannes 19 et 20, ou bien le reformeur de manière à modifier l'écoulement du fluide dans le circuit de distribution et compenser le déséquilibre détecté. Si l'écart-type 6 est inférieur 6seuil, alors l'UCE compare également chaque débit Qi à un débit minimum Qmin correspondant à un fonctionnement normal de chaque module 2, 3 et calculé par exemple à partir du courant délivré par la pile à combustible. Si un débit Qi est inférieur ou égal au débit minimum, alors l'UCE peut commander, lors de l'étape 45, les vannes 19 et 20 de manière à ce que tous les débits Qi soient supérieurs à Qmin, ou bien de manière à isoler le module pour lequel le débit Qi est inférieur à Qmin. L'UCE peut également modifier le point de fonctionnement de la pile à combustible 1 de manière à ce que le débit minimum Qmin calculé à partir du courant délivré par la pile à combustible diminue et devienne inférieur à tous les débits Qi. Le procédé reprend alors à l'étape 41. Si les débits Qi sont supérieurs au débit minimum Qmin, alors aucun déséquilibre n'a été détecté par l'UCE et le procédé se poursuit en recommençant à l'étape 41. La figure 4 illustre un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans le cas du deuxième mode de réalisation. Le procédé débute par une étape 46 de mesure des pertes de charge APi du fluide entre l'entrée et la sortie de chaque module 2, 3 de la pile à combustible 1. L'étape 46 comprend également la mesure de la perte de charge totale APtot du fluide entre l'entrée et la sortie de la pile à combustible 1, et peut comprendre également la mesure d'autres grandeurs telles que le courant I délivré par la pile à combustible et la pression moyenne dans le circuit de distribution.
Lors d'une étape 47, l'UCE détermine, à partir des grandeurs mesurées et à partir d'un modèle mémorisé ou d'une cartographie à plusieurs entrées, le débit Qi de fluide alimentant chaque module 2, 3 de la pile à combustible. Lors d'une étape 48, les débits Qi sont comparés à un débit minimum Qmin calculé par exemple en fonction du courant délivré par la pile à combustible. Si un débit Qi est inférieur ou égal au débit Qmin, alors l'UCE peut commander, lors d'une étape 49, par exemple les vannes 39 et 40 pour modifier l'écoulement dans le circuit de distribution ou pour isoler un des modules de la pile à combustible.
L'UCE peut également modifier le point de fonctionnement de la pile à combustible de manière à ce que le débit minimum Qmin devienne inférieur aux différents débits Qi. Le procédé reprend alors à l'étape 46.
Si les débits Qi sont supérieurs au débit minimum Qmin, alors l'UCE n'a pas détecté de déséquilibre hydraulique dans le circuit de distribution et le procédé reprend à l'étape 46. La figure 5 illustre un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans le cas du deuxième mode de réalisation et dans le cas ou le circuit de distribution est le circuit du liquide de refroidissement. Le procédé débute par une étape 50 de mesure des différences de température ATi du liquide de refroidissement entre l'entrée et la sortie de chaque module 2, 3 de la pile à combustible 1. L'étape 50 comprend également la mesure de la différence de température totale ATtot entre l'entrée et la sortie de la pile à combustible 1, et peut comprendre également la mesure d'autres grandeurs telles que le courant I délivré par la pile à combustible, la tension aux bornes de chaque module, les pressions moyennes de l'hydrogène et de l'oxygène dansles circuits de distribution respectifs et les débits d'hydrogène et d'oxygène alimentant les différents modules 2, 3. Lors d'une étape 51, l'UCE détermine, à partir des grandeurs mesurées et à partir d'un modèle mémorisé ou d'une cartographie à plusieurs entrées, le débit Qi de liquide de refroidissement alimentant chaque module 2, 3 de la pile à combustible, et éventuellement le débit total Qtot de liquide de refroidissement circulant dans le circuit de distribution. Lors d'une étape 52, l'UCE calcule la différence entre le débit total Qtot et la somme des débits Qi, puis la compare à une valeur seuil Qmax mémorisée ou déterminée en fonction de paramètres de fonctionnement de la pile à combustible. Si la différence est supérieure ou égale à la valeur seuil Qmax, alors le procédé se poursuit par une étape 53 durant laquelle des modules de la pile à combustible peuvent être isolés (via les vannes 39 et 40) ou bien la pile à combustible 1 peut être arrêtée. Le procédé reprend alors à l'étape 50. Si la différence entre le débit total Qtot et la somme des débits Qi, est inférieure à la valeur seuil Qmax, alors il n'y a pas de fuite notable dans le circuit de distribution du liquide de refroidissement et le procédé se poursuit par une étape 54. Durant l'étape 54, l'UCE calcule l'écart-type 6 des débits Qi et le compare à un écart-type seuil 6seuil prédéterminé. Si l'écart-type 6 est supérieur ou égal à 6seuil, alors l'UCE peut commander, lors d'une étape 55, les vannes 39 et 40 de manière à modifier l'écoulement du liquide de refroidissement dans le circuit de distribution et compenser le déséquilibre détecté. Si l'écart-type 6 est inférieur 6seuil, alors l'UCE compare également la température du liquide de refroidissement en sortie de chaque module Ti, à une température maximale Tmax mémorisée ou calculée par exemple à partir du courant délivré par la pile à combustible. Si une température de sortie Ti est supérieure ou égale à la température maximale Tmax, alors l'UCE peut commander, lors de l'étape 55, les vannes 39 et 40 de manière à augmenter les débits Qi du liquide de refroidissement et permettre une meilleure évacuation de l'énergie thermique, ou bien de manière à isoler le module pour lequel la température de sortie du liquide de refroidissement Ti est supérieur à Tmax. Le procédé reprend alors à l'étape 50. Si les températures Ti sont inférieures à la température maximale Tmax, alors aucun déséquilibre n'a été détecté par l'UCE dans le circuit de distribution du liquide de refroidissement, et le procédé se poursuit en recommençant à l'étape 50. L'invention permet donc surveiller, diagnostiquer et contrôler le fonctionnement d'une pile à combustible, et notamment de ses circuits de distribution. En particulier, l'invention peut détecter une fuite ou un déséquilibre hydraulique entre les modules, et isoler un module ou modifier l'écoulement dans le circuit de distribution de manière à corriger la défaillance.

Claims (12)

REVENDICATIONS
1. Procédé de gestion d'un système de pile à combustible comprenant une pile à combustible (1) composée de plusieurs modules (2, 3), et : - un premier circuit de distribution pour alimenter en hydrogène chaque module de la pile à combustible, - un deuxième circuit de distribution pour alimenter en oxygène chaque module de la pile à combustible et - un troisième circuit de distribution pour alimenter en liquide de refroidissement chaque module de la pile à combustible, caractérisé par le fait que : on choisit un circuit de distribution, on détermine le débit du fluide (Qi) alimentant un module et circulant dans le circuit de distribution choisi, on calcule, à partir du courant fourni par la pile à combustible, un débit minimal (Qmin) de fluide pour l'alimentation du module, on compare le débit déterminé (Qi) avec le débit minimal (Qmin), et on déduit de la comparaison l'existence ou l'absence d'un déséquilibre dans le circuit de distribution choisi, l'existence d'un déséquilibre se traduisant par le fait que le débit déterminé est inférieur ou égal au débit minimal, et l'absence de déséquilibre se traduisant par le fait que le débit déterminé est supérieur au débit minimal.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel : - on détermine le débit du fluide (Qi) alimentant chaque module et circulant dans le circuit de distribution choisi, - on calcule l'écart-type (6) des débits alimentant chaque module,- on compare cet écart-type (6) avec un écart-type de seuil (6seuil), et - on déduit de la comparaison l'existence ou l'absence d'un déséquilibre dans le circuit de distribution choisi, l'existence d'un déséquilibre se traduisant par le fait que l'écart-type est supérieur ou égal à l'écart-type de seuil, et l'absence de déséquilibre se traduisant par le fait que l'écart-type est inférieur à l'écart-type de seuil.
3 Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel : - on mesure également le débit total (Qtot) du fluide circulant dans l'ensemble du circuit de distribution choisi de la pile à combustible, - on calcule la différence entre le débit total du fluide et la somme des débits du fluide alimentant chaque module et circulant dans ledit circuit de distribution, - on compare ladite différence avec un débit de seuil (Qmax), et - on déduit de la comparaison l'existence ou l'absence d'une fuite dans ledit circuit de distribution, l'existence d'une fuite se traduisant par le fait que ladite différence est supérieure ou égale au débit de seuil, et l'absence de fuite se traduisant par le fait que ladite différence est inférieure au débit de seuil.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel on détermine le débit du fluide (Qi) alimentant un module et circulant dans le circuit de distribution choisi en mesurant avec un débitmètre.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel on détermine le débit du fluide (Qi) alimentant un module et circulant dans le circuit de distribution choisi en mesurant la perte de charge (APi), dans le circuit de distribution, entre l'entrée et la sortie du module.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le circuit de distribution choisi est le troisième circuit de distribution, et dans lequel on détermine le débit du fluide (Qi)alimentant un module et circulant dans le troisième circuit de distribution en mesurant la différence de température (ATi) du liquide de refroidissement entre l'entrée et la sortie du module.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel, en cas de déséquilibre dans le circuit de distribution choisi, on commande le changement du point de fonctionnement de la pile ou bien on modifie le débit du fluide dans le circuit de distribution.
8. Système de gestion d'un système de pile à combustible comprenant une pile à combustible (1) composée de plusieurs modules (2,
3), une unité de commande électronique (13)et: - un premier circuit de distribution pour alimenter en hydrogène chaque module de la pile à combustible, - un deuxième circuit de distribution pour alimenter en oxygène chaque module de la pile à combustible et - un troisième circuit de distribution pour alimenter en liquide de refroidissement chaque module de la pile à combustible, ledit système étant caractérisé par le fait qu'il comprend : un capteur capable de mesurer une grandeur caractéristique de l'écoulement d'un fluide alimentant un module et circulant dans un circuit de distribution donné, le capteur étant connecté à l'unité de commande électronique, et par le fait que l'unité de commande électronique (13) comprend : un premier moyen (21) capable de déterminer le débit du fluide (Qi) alimentant le module et circulant dans le circuit de distribution donné, à partir des mesures du capteur ; un deuxième moyen (22) capable de calculer, à partir du courant fourni par la pile à combustible, un débit minimal (Qmin) de fluide pour l'alimentation du module, et un troisième moyen (23) capable de comparer le débit déterminé (Qi) par le premier moyen (21) avec le débit minimal calculé (Qmin) par le deuxième moyen (22), de manière à déduirel'existence ou l'absence d'un déséquilibre dans le circuit de distribution.
9. Système selon la revendication 8 comprenant : - pour chaque module, un capteur capable de mesurer une grandeur caractéristique de l'écoulement d'un fluide circulant dans un circuit de distribution donné, le capteur étant connecté à l'unité de commande électronique (13), et dans lequel l'unité de commande électronique (13) comprend : - un quatrième moyen (24) capable de déterminer le débit du fluide (Qi) alimentant chaque module et circulant dans le circuit de distribution donné, à partir des mesures de chaque capteur ; - un cinquième moyen (25) capable de calculer l'écart-type (6) des débits alimentant chaque module, et - un sixième moyen (26) capable de comparer cet écart-type (6) avec un écart-type de seuil (6seuil), de manière à déduire l'existence ou l'absence d'un déséquilibre dans le circuit de distribution.
10. Système selon la revendication 8 ou 9 dans lequel le capteur est un débitmètre.
11. Système selon la revendication 8 ou 9 dans lequel le capteur est un capteur de pression capable de mesurer la perte de charge (APi), dans le circuit de distribution donné, entre l'entrée et la sortie du module.
12. Système selon la revendication 8 ou 9 dans lequel le circuit de distribution donné est le troisième circuit de distribution et dans lequel le capteur est un capteur de température capable de mesurer la différence de température (ATi), dans le troisième circuit de distribution, entre l'entrée et la sortie du module.
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