WO2022253790A2 - Procédé et module de commande d'une vanne de régulation de la pression interne d'un circuit de fluide dans un dispositif électrochimique - Google Patents

Procédé et module de commande d'une vanne de régulation de la pression interne d'un circuit de fluide dans un dispositif électrochimique Download PDF

Info

Publication number
WO2022253790A2
WO2022253790A2 PCT/EP2022/064675 EP2022064675W WO2022253790A2 WO 2022253790 A2 WO2022253790 A2 WO 2022253790A2 EP 2022064675 W EP2022064675 W EP 2022064675W WO 2022253790 A2 WO2022253790 A2 WO 2022253790A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
efficiency
internal pressure
int
pressure
electrochemical device
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/064675
Other languages
English (en)
Other versions
WO2022253790A3 (fr
Inventor
Kilian Frank Claude BERNARD
Robin Jacques Marie VIALET
Olivier Rafaël René CRASSOUS
Rémi André Armand STEPHAN
Original Assignee
Safran Power Units
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 Safran Power Units filed Critical Safran Power Units
Priority to EP22726478.5A priority Critical patent/EP4331029A2/fr
Priority to KR1020237040410A priority patent/KR20240016961A/ko
Priority to JP2023572775A priority patent/JP2024523136A/ja
Priority to US18/565,055 priority patent/US20240282986A1/en
Priority to CN202280037130.5A priority patent/CN117378068A/zh
Publication of WO2022253790A2 publication Critical patent/WO2022253790A2/fr
Publication of WO2022253790A3 publication Critical patent/WO2022253790A3/fr

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • 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
    • H01M8/04104—Regulation of differential pressures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04395—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H01M8/04455—Concentration; Density of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04626—Power, energy, capacity or load of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04776—Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04949—Electric variables other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04953—Electric variables other electric variables, e.g. resistance or impedance of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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 the field of electrochemical devices (fuel cell, electrolyser, etc.), in particular mounted on board an aircraft, and is aimed in particular at regulating the internal pressure in such an electrochemical device.
  • electrochemical devices fuel cell, electrolyser, etc.
  • a fuel cell makes it possible to produce electrical energy from an oxidation-reduction reaction between a fuel, hydrogen, and an oxidant, the oxygen present in the air.
  • a fuel cell 200 comprises a stack of a plurality of cells 210, in which the oxidation-reduction reaction takes place, which are held between two end plates 220 making it possible to collect the electrical energy produced.
  • the fuel cell 200 also comprises a cathode circuit 300 and an anode circuit 310 making it possible to supply the cells 210 with air and hydrogen respectively and to evacuate the products of the oxidation-reduction reaction, namely water and traces of hydrogen and air.
  • the air from the cathode circuit 300 is conventionally taken from inside or outside the aircraft, namely from an external environment whose the physico-chemical properties are variable according to the altitude.
  • the air pressure called external pressure P ext
  • the air pressure decreases with altitude and reaches, by way of example, of the order of 9000 Pa at a high altitude of the aircraft of 17000 m.
  • the same goes for the temperature and the concentration of oxygen in the air in particular.
  • Such variations modify the operating conditions of the fuel cell 200 and can reduce its performance, which is undesirable.
  • a compressor 400 upstream of the cathode circuit 300 and an internal pressure regulation valve 600 downstream of the cathode circuit 300.
  • the compressor 400 makes it possible to compress the air taken from the external environment in order to inject it into the cathode circuit 300 according to a mass flow rate Q opt and an internal pressure P opt imposed making it possible to optimize the performance of the fuel cell 200
  • the regulating valve 600 comprises for its part a variable flow section in order to maintain the internal pressure P op t imposed in the fuel cell 200 in order to optimize its efficiency.
  • An embodiment according to the same principle is known from patent application FR3074363A1.
  • the variation of the external pressure P ext during the flight of the aircraft requires sizing the compressor 400 with a wide range of compression ratios to maintain optimum performance for the fuel cell 200.
  • Such sizing of the compressor 400 undesirably increases its mass, size and cost.
  • optimizing the efficiency of the fuel cell 200 requires a high electrical consumption of the compressor 400, in particular at high altitude.
  • the compressor 400 being conventionally powered electrically by the fuel cell 200, it follows that the electrical production gain of the fuel cell 200 intended for powering the aircraft is at least partially lost by the electrical consumption of the compressor 400 .
  • one solution would be to reduce the value of the internal pressure P opt imposed in the cathode circuit 300. This would, however, reduce the performance of the fuel cell 200 in an unacceptable way.
  • the invention thus aims to eliminate at least some of these drawbacks by proposing a method and a control module for the valve for regulating the internal pressure in a fuel cell, and more generally in any electrochemical device, in particular mounted on board a an aircraft.
  • the invention relates to a method for controlling a valve for regulating the internal pressure of a fluid circuit in an electrochemical device, said fluid circuit being supplied by a compressor configured to take the fluid at an external pressure and compress it to the internal pressure according to a compression ratio belonging to a predetermined compression range, said method comprising a step of controlling the control valve to reach a set internal pressure.
  • the invention advantageously makes it possible to promote the overall efficiency obtained thanks to an electrochemical device, that is to say, the efficiency of an electrical production system formed by the whole of the electrochemical device as well as the associated elements allowing its operation.
  • the associated elements designate in particular the compressor supplying the fluid circuit of the electrochemical device, the cooling circuit of the electrochemical device, etc.
  • Such an overall efficiency is thus based on the electrical production of the electrochemical device, but also on the electrical consumption of its associated elements.
  • This makes it possible to account for the electrical power actually generated by the electrochemical device, corresponding to the electrical power it generates minus that which it consumes to operate, directly or indirectly.
  • Such a global approach is opposed to the prior art aiming to promote the performance of the electrochemical device alone, without taking into account its associated elements.
  • the invention advantageously proposes to regulate in a simple and practical manner a single parameter, namely the internal pressure of the fluid circuit, by controlling the regulating valve mounted downstream.
  • the setpoint internal pressure determined is advantageously based on the physico-chemical data of the environment in which the electrochemical device is located, in particular the external pressure, and on the performance data of the electrochemical device and its associated elements, in particular the compressor.
  • Such a test approach thus consists, from a hypothetical compression rate acceptable for the compressor, in verifying that the performance of the corresponding electrochemical device is also acceptable.
  • Such a test approach makes it possible to determine, from a simple measurement of the external pressure and the performance data of the electrochemical device and its associated elements, an internal pressure value for which both the electrochemical device and its elements associated are in good operating condition.
  • the setpoint internal pressure chosen at the end of the determination step ensures good performance of the electrochemical device while limiting the electrical consumption of the compressor. When the external pressure is changed, a new set internal pressure can be conveniently determined.
  • Such an optimization approach considers the efficiency of the electrochemical device as a function of the internal pressure and the efficiency of the compressor as a function of two variables, namely the internal pressure and the external pressure. From the measurement of the external pressure, the overall efficiency is rewritten as a function of the internal pressure and maximized over the range of allowable internal pressures.
  • Such an approach advantageously makes it possible to determine the optimal operating point of the energy production system, which differs from that of the electrochemical device, in particular when the external pressure is high, such as at high altitude on board an aircraft.
  • the efficiency of the electrochemical device is proportional to the internal pressure and the efficiency of the compressor is, at a fixed external pressure, inversely proportional to the internal pressure.
  • the determined setpoint internal pressure is thus chosen high enough to promote the performance of the electrochemical device, and low enough to limit the energy consumption of the compressor.
  • the electrochemical device is cooled by a cooling circuit having a predetermined efficiency as a function of the internal pressure, the overall efficiency being a function of the efficiency of the cooling circuit.
  • the determined setpoint internal pressure advantageously makes it possible to promote the operation of the energy production system as a whole, by considering the energy consumption of the compressor and of the cooling circuit.
  • the efficiency of the electrochemical device is a function of the oxygen level in the fluid circuit
  • the control method comprising a step of measuring the oxygen level in the fluid circuit, the step of determination being implemented from the measured oxygen level.
  • the setpoint internal pressure is advantageously determined from several physico-chemical conditions of the environment in which the electrochemical device is mounted, namely the external pressure and the level of oxygen present.
  • the electrochemical device is in the form of a fuel cell and, preferably, the fluid circuit is in the form of a cathode circuit of the fuel cell, preferably in which circulates air.
  • the operating conditions of a fuel cell are advantageously based in particular on the physico-chemical conditions of the external environment in which it is mounted, such as the external air pressure and its oxygen level.
  • the electrochemical device comprises a second fluid circuit of second internal pressure controlled by a second regulating valve, the control method comprising a step of controlling the second regulating valve to reach a second internal pressure setpoint P10* verifying:
  • the first fluid circuit and the first regulating valve designate here the fluid circuit and the regulating valve described previously, in distinction with the second fluid circuit and the second regulating valve.
  • the method according to the invention thus makes it possible to control the internal pressure both in the oxidant circuit and the fuel circuit of an electrochemical device. This makes it possible to ensure a substantially homogeneous pressure in the electrochemical device and thus to guarantee its correct operation and increase its service life.
  • the second fluid circuit is in the form of a fuel cell anode circuit, preferably in which hydrogen circulates.
  • the method according to the invention thus makes it possible to control the internal pressure both in the oxidizer circuit and the fuel circuit of the fuel cell.
  • the electrochemical device is mounted on board an aircraft to at least partially supply it with electrical energy, said method being implemented during the flight of the aircraft.
  • the method according to the invention is particularly advantageous for an electrochemical device mounted on board an aircraft because the physico-chemical conditions therein vary significantly depending on the altitude. The method according to the invention thus makes it possible to adapt the setpoint internal pressure during the flight to promote the overall efficiency whatever the altitude of the aircraft.
  • The is a schematic representation of a fuel cell mounted on board an aircraft according to one embodiment of the invention.
  • The is a schematic representation of a method for controlling a fuel cell control valve of the according to one embodiment of the invention.
  • The is a schematic representation of a step for determining a setpoint internal pressure of the process of the according to one embodiment of the invention.
  • the and the are schematic representations of a calculation phase during the implementation of the step of determining the .
  • The is a schematic representation of the step of determining an internal set point pressure of the process of the according to an alternative embodiment of the invention.
  • the and the are schematic representations of the calculation phase during the implementation of the step of determining the .
  • The is a schematic representation of a fuel cell mounted on board an aircraft according to another embodiment of the invention.
  • The is a schematic representation of the process for controlling the fuel cell control valve of the according to another embodiment of the invention.
  • The is a schematic representation of a fuel cell mounted on board an aircraft according to another embodiment of the invention.
  • The is a schematic representation of the process for controlling the fuel cell control valve of the according to another embodiment of the invention.
  • The is a schematic representation of a fuel cell mounted on board an aircraft according to another embodiment of the invention.
  • The is a schematic representation of the process for controlling the fuel cell control valve of the according to another embodiment of the invention.
  • the invention relates to a method for controlling a valve for regulating the internal pressure of a fluid circuit in an electrochemical device.
  • the invention aims, in a medium of variable physico-chemical properties, to promote the performance of the electrochemical device on a global scale.
  • the invention is described below in the context of a fuel cell mounted on board an aircraft in order to regulate the internal air pressure in a fluid circuit in the form of a cathode circuit.
  • the electrochemical device could be in a form other than a fuel cell, such as an electrolyser or a catalytic reactor, and/or be mounted in an environment different from that of an aircraft.
  • the fluid circuit could also take another form, such as an anode circuit, and/or allow the circulation of any fluid.
  • a fuel cell makes it possible to produce electrical energy from an oxidation-reduction reaction between a fuel, hydrogen, and an oxidizer, the oxygen present in the air.
  • a fuel cell 2 comprises a stack of a plurality of cells 21, in which the oxidation-reduction reaction takes place, which are held between two end plates 22 making it possible to collect the electrical energy produced.
  • the fuel cell 2 also comprises a cathode circuit 3 and an anode circuit 10 making it possible to supply the cells 21 respectively with air and hydrogen and to evacuate the products of the oxidation-reduction reaction, namely water and traces of hydrogen and air.
  • the air from the cathode circuit 3 is conventionally taken from inside or outside the aircraft, at know in an external environment whose physico-chemical properties are variable according to the altitude.
  • the air pressure called external pressure P ext
  • the air pressure decreases with altitude and reaches, by way of example, of the order of 9000 Pa at a high altitude of the aircraft of 17000 m.
  • the same goes for the temperature and the concentration of oxygen in the air in particular.
  • a compressor 4 and a control valve 6 are mounted respectively upstream and downstream of the cathode circuit 3.
  • the compressor 4 and the control valve 6 together make it possible to control the internal pressure P int and the mass flow rate Q of the air in the cathode circuit 3, so as to control the operating conditions of the fuel cell 2.
  • the compressor 4 makes it possible to compress according to a compression ratio A the air taken from the external environment at the external pressure P ext .
  • the compression ratio A belongs to a compression range B which is specific to the compressor 4.
  • the compression ratio A of the compressor 4 is controlled by a control device 5 according to the mass flow rate Q of air desired in the cathode circuit 3 .
  • control valve 6 comprises for its part a variable passage section controlled by a valve actuator 7 according to the internal pressure P int desired in the cathode circuit 3.
  • the control valve 6 is thus pressure-controlled while the compressor 4 is flow-controlled, to control the operating conditions of the fuel cell 2 and consequently its performance.
  • the determination step E2 is implemented, according to a first embodiment, by comparing the efficiency R2 of the fuel cell 2 for several test values of internal pressure P int associated with an efficiency R4 from Compressor 4 acceptable. According to a second embodiment, the determination step E2 is implemented by maximizing the overall efficiency R1 over a range of internal pressures P int acceptable for the compressor 4.
  • the control method according to the invention thus makes it possible to regulate the internal pressure P int in the cathode circuit 3 so as to promote the overall performance of an electrical production system 1.
  • an electrical production system 1 includes the fuel cell 2 as well as the associated elements which allow its operation, such as the compressor 4 which supplies the fuel cell 2 with oxidant.
  • the setpoint internal pressure P int * determined thus makes it possible to favor the energy produced available for the aircraft, corresponding to the energy produced at the output of the fuel cell 2 from which is subtracted the energy consumed by its associated elements, such as than the energy used to compress the outside air.
  • one or more of the performance data R1, R2, R4 could be in the form of another energy performance quantification variable than those mentioned.
  • the efficiency data R1, R2, R4 are also presented in the form of theoretical models and/or obtained experimentally which depend on one or more parameters.
  • the efficiency R4 of the compressor 4 thus varies inversely proportional to the internal pressure P int , the external pressure P ext being fixed.
  • the efficiency R2 of the fuel cell 2 varies as a function of the internal pressure P int , more precisely proportionally. It goes without saying that additional parameters could be taken into account in the model of the efficiency R2 of the fuel cell 2 and/or of the compressor 4, such as the level of oxygen in the cathode circuit 3 for the efficiency R2 of the fuel cell 2, as will be described later.
  • the overall efficiency R1 designates the efficiency of the electrical production system 1 previously defined as the assembly of the fuel cell 2 and the associated elements allowing its operation. It is considered in this example that the electrical production system 1 is formed solely by the fuel cell 2 and the compressor 4.
  • the overall efficiency R1 thus varies according to the efficiency R2 of the fuel cell 2 and the efficiency R4 of the compressor 4 , in practice proportionally.
  • the overall efficiency R1 corresponds to the quotient of the electrical power produced by the fuel cell 2 over the electrical power consumed by the compressor 4.
  • the associated elements retained are those whose energy consumption is a function of the operating conditions of the fuel cell 2, and in particular, of the internal pressure P int of the cathode circuit 3. Also preferably, the associated elements retained are those whose energy consumption is remarkable compared to the energy production of the fuel cell 2.
  • the control method begins with a step E1 of measuring the external pressure P ext of the outside air.
  • the measuring step E1 is implemented by a measuring member 8 connected to the valve actuator 7 of the regulating valve 6, preferably in the form of a pressure sensor.
  • the external pressure P ext could be measured indirectly, for example from an altimetry sensor of the aircraft.
  • the measurement of the external pressure P ext is transmitted to the valve actuator 7.
  • the internal set point pressure P int * determined during the determination step E2 corresponds to the internal test pressure P T for which the test efficiency R T respects the minimum efficiency threshold S1.
  • the calculation phase E2-1 is implemented from a predetermined test compression ratio A T which belongs to the compression range B of the compressor 4.
  • S4 denotes a minimum efficiency threshold of the compressor 4, preferably lower than the maximum efficiency of the compressor 4 by at most 50%.
  • the test compression ratio A T is also chosen to be lower than the median of the compression range B.
  • the test efficiency R T obtained is lower than the minimum efficiency S1 of the fuel cell 2 so that a new calculation phase E2-2 is implemented with a new test compression ratio A T incremented by an increment ⁇ (see ).
  • the test efficiency R T obtained during the calculation phase E2-2 is greater than the minimum efficiency threshold S1.
  • No new calculation phase E2-1, E2-2 is then implemented and the internal set point pressure P int * corresponds to the last internal test pressure P T calculated, in this example during the calculation phase E2- 2.
  • the number of calculation phases E2-1, E2-2 is arbitrary and depends in particular on the test compression ratio A T chosen, on the increment ⁇ and on the minimum efficiency threshold S1.
  • the minimum efficiency threshold S1 of the fuel cell 2 is chosen to be lower than the maximum efficiency of the fuel cell 2 by at most 50%.
  • the setpoint internal pressure P int * is transmitted to the valve actuator 7 so as to implement the control step E3 of the control valve 6.
  • the determination step E2 is implemented by the valve actuator 7 but it goes without saying that it could be implemented in any calculating unit, connected to the storage unit of the predetermined data and to the valve actuator 7.
  • the control step E3 is itself implemented by regulating the flow section of the regulation valve 6 so as to obtain the internal set point pressure P int * in the cathode circuit 3
  • Such a setpoint internal pressure P int * makes it possible both to promote the electrical production of the fuel cell 2 and to limit the electrical consumption of the compressor 4.
  • such a control method is implemented several times during of the flight of the aircraft, preferably at each change in altitude having an impact on the external pressure P ext measured.
  • the setpoint internal pressure P int * is incrementally determined, which meets the minimum efficiency objectives S1 while reducing the consumption of the compressor 4.
  • the set internal pressure P int * corresponds to the admissible internal pressure for which the overall efficiency R1 is maximum.
  • the external pressure P ext measured also allows to rewrite the efficiency R4 of compressor 4 as a function of the internal pressure P int only.
  • the efficiency R4 of the compressor 4 and the efficiency R2 of the fuel cell 2 are both presented as a function of the internal pressure Pint .
  • the overall efficiency R1 can also be expressed as a function of the internal pressure P int only.
  • the range of allowable internal pressures PP A determined makes it possible to define the interval over which the overall efficiency R1 can be maximized.
  • the maximization phase E2-B is implemented from the overall efficiency R1 and makes it possible to determine the set internal pressure P int * from among the range of admissible internal pressures PP A for which the overall efficiency R1 is maximum.
  • the anode circuit 10 of the fuel cell 2 is also pressure-controlled. More specifically, as illustrated in the , a control valve 11 of the internal pressure P10 of the anode circuit 10 is mounted downstream of the anode circuit 10, hereinafter referred to as "second control valve 11".
  • the regulating valve 6 of the cathode circuit 3 is for its part referred to here as “first regulating valve 6” for the purposes of clarity.
  • the second regulating valve 11 comprises a variable passage section controlled by the valve actuator 7, in this example identical to that of the first regulating valve 6, so as to obtain a second internal set point pressure P10* in the anode circuit 10.
  • the setpoint internal pressure P int * of the first regulating valve 6 is referred to here as “first setpoint internal pressure P int *” for clarity.
  • control method further comprises a step E4 of controlling the second regulating valve 11 to reach the second internal setpoint pressure P10*, which verifies:
  • the energy cost of the cooling circuit 9 of the fuel cell 2 is taken into account to determine the set internal pressure P int * of the valve of regulation 6. More specifically, the control method is implemented on the basis of a predetermined datum of the efficiency R9 of the cooling circuit 9 as a function of the internal pressure P int of the cathode circuit 3.
  • the overall efficiency R1 is presented as to it in the form of a function of the efficiency R2 of the fuel cell 2, of the efficiency R4 of the compressor 4 and of the efficiency R9 of the cooling circuit 9.
  • the electrical production system 1 is formed by the fuel cell fuel 2, the compressor 4 and the cooling circuit 9.
  • the predetermined efficiency R2 of the fuel cell 2 also depends on the level of oxygen O in the air of the cathode circuit 3.
  • the control method further comprises a step E0 of measuring the level of oxygen O in the cathode circuit 3, in this example by means of a dedicated measuring device 12 in the form of a gas sensor.
  • the measurement step E0 is implemented in parallel with the step E1 of measurement of the external pressure P ex and makes it possible to rewrite the datum of the efficiency R2 of the fuel cell 2 as a function of the internal pressure P int only.
  • the parameter of the oxygen level advantageously makes it possible to determine more reliably and precisely the internal set point pressure P int *.
  • the regulation of the internal pressure P int proposed in the invention corresponds to an unprecedented global approach which takes into account the electrical production of the fuel cell 2, or more generally of an electrochemical device, but also the electrical consumption of its associated elements, in particular the compressor 4 but also the cooling circuit 9 by way of example.
  • the setpoint internal pressure P int * determined advantageously favors the overall efficiency of the electricity production system, based on the electricity production at the output of the fuel cell 2 minus the electricity consumption of its associated elements, such as the compressor 4.
  • such a global approach differs from the prior art where the regulation of the internal pressure P int only took into account the performance of the fuel cell 2.
  • Such a global approach also makes it possible in particular to reduce the dimensioning of the compressor 4 and consequently its mass and its size on board the aircraft.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

Un procédé de commande d'une vanne de régulation (6) de la pression interne (Pint) d'un circuit de fluide (3) dans un dispositif électrochimique (2), ledit circuit de fluide (3) étant alimenté par un compresseur (4) prélevant l'air à une pression externe (Pext) et le comprimant à la pression interne (Pint) selon un taux de compression (A), ledit procédé comportant une étape de mesure de la pression externe (Pext), de détermination d'une pression interne de consigne (Pint*) à partir de la pression externe (Pext) mesurée et de la plage de compression (B), pour favoriser un rendement global (R1) du dispositif électrochimique (2) et du compresseur (4) prédéterminé en fonction de la pression interne (Pint) et du taux de compression (A), et une étape de commande de la vanne de régulation (6) pour atteindre la pression interne de consigne (Pint*).

Description

Procédé et module de commande d’une vanne de régulation de la pression interne d’un circuit de fluide dans un dispositif électrochimique
La présente invention concerne le domaine des dispositifs électrochimiques (pile à combustible, électrolyseur, etc.), en particulier montés à bord d’un aéronef, et vise notamment la régulation de la pression interne dans un tel dispositif électrochimique.
De manière connue, une pile à combustible permet de produire de l’énergie électrique à partir d’une réaction d’oxydoréduction entre un combustible, l’hydrogène, et un comburant, l’oxygène présent dans l’air. En référence à la , une pile à combustible 200 comprend un empilement d’une pluralité de cellules 210, dans lesquelles a lieu la réaction d’oxydoréduction, qui sont maintenues entre deux plaques terminales 220 permettant de collecter l’énergie électrique produite. La pile à combustible 200 comprend également un circuit de cathode 300 et un circuit d’anode 310 permettant d’alimenter les cellules 210 respectivement en air et en hydrogène et d’évacuer les produits de la réaction d’oxydoréduction, à savoir de l’eau et des traces d’hydrogène et d’air.
Dans le cadre d’une pile à combustible 200 montée à bord d’un aéronef, l’air du circuit de cathode 300 est classiquement prélevé à l’intérieur ou à l’extérieur de l’aéronef, à savoir dans un milieu extérieur dont les propriétés physico-chimiques sont variables en fonction de l’altitude. En particulier, la pression de l’air, appelée pression externe Pext, diminue avec l’altitude et atteint, à titre d’exemple, de l’ordre de 9000 Pa à une altitude élevée de l’aéronef de 17000 m. Il en va de même pour la température et la concentration en oxygène de l’air notamment. De telles variations modifient les conditions de fonctionnement de la pile à combustible 200 et peuvent réduire ses performances, ce qui est indésirable.
Pour contrôler les conditions de fonctionnement de la pile à combustible 200, il est connu de monter un compresseur 400 en amont du circuit de cathode 300 et une vanne de régulation 600 de la pression interne en aval du circuit de cathode 300. Comme illustré sur la , le compresseur 400 permet de comprimer l’air prélevé dans le milieu extérieur pour l’injecter dans le circuit de cathode 300 suivant un débit massique Qopt et une pression interne Popt imposés permettant d’optimiser les performances de la pile à combustible 200. La vanne de régulation 600 comporte quant à elle une section de passage variable afin de maintenir la pression interne Pop t imposée dans la pile à combustible 200 pour en optimiser le rendement. Une réalisation selon le même principe est connue de la demande de brevet FR3074363A1.
Toutefois, en pratique, la variation de la pression externe Pext durant le vol de l’aéronef nécessite de dimensionner le compresseur 400 avec une large plage de taux de compression pour maintenir des performances optimales pour la pile à combustible 200. Un tel dimensionnement du compresseur 400 augmente de manière indésirable sa masse, son encombrement et son coût.
Par ailleurs, optimiser le rendement de la pile à combustible 200 nécessite une consommation électrique importante du compresseur 400, notamment à altitude élevée. Le compresseur 400 étant classiquement alimenté électriquement par la pile à combustible 200, il en résulte que le gain de production électrique de la pile à combustible 200 destiné à l’alimentation de l’aéronef est au moins partiellement perdu par la consommation électrique du compresseur 400.
Pour éliminer ces inconvénients, une solution serait de réduire la valeur de la pression interne Popt imposée dans le circuit de cathode 300. Cela réduirait cependant de manière non acceptable les performances de la pile à combustible 200.
L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients en proposant un procédé et un module de commande de la vanne de régulation de la pression interne dans une pile à combustible, et plus généralement dans tout dispositif électrochimique, notamment monté à bord d’un aéronef.
On connaît dans l’art antérieur par les demandes de brevet US20190267645A1, WO2011089502A1 et US20080088043A1 des piles à combustible selon l’art antérieur.
 PRESENTATION DE L’INVENTION
L’invention concerne un procédé de commande d’une vanne de régulation de la pression interne d’un circuit de fluide dans un dispositif électrochimique, ledit circuit de fluide étant alimenté par un compresseur configuré pour prélever le fluide à une pression externe et le comprimer à la pression interne selon un taux de compression appartenant à une plage de compression prédéterminée, ledit procédé comportant une étape de commande de la vanne de régulation pour atteindre une pression interne de consigne.
L’invention est remarquable en ce que le procédé :
  • est mis en œuvre à partir de données prédéterminées :
    • du rendement du dispositif électrochimique en fonction de la pression interne,
    • du rendement du compresseur en fonction du taux de compression,
    • du rendement global en fonction du rendement du dispositif électrochimique et du rendement du compresseur, et
  • comprend :
    • une étape de mesure de la pression externe, et
    • une étape de détermination de la pression interne de consigne à partir de la pression externe mesurée et de la plage de compression, de manière à favoriser le rendement global.
L’invention permet avantageusement de favoriser le rendement global obtenu grâce à un dispositif électrochimique, c’est-à-dire, le rendement d’un système de production électrique formé par l’ensemble du dispositif électrochimique ainsi que des éléments associés permettant son fonctionnement. Les éléments associés désignent notamment le compresseur alimentant le circuit de fluide du dispositif électrochimique, le circuit de refroidissement du dispositif électrochimique, etc. Un tel rendement global est ainsi basé sur la production électrique du dispositif électrochimique, mais également sur la consommation électrique de ses éléments associés. Ceci permet de rendre compte de la puissance électrique effectivement générée par le dispositif électrochimique, correspondant à la puissance électrique qu’il génère minorée de celle qu’il consomme pour fonctionner, directement ou indirectement. Une telle approche globale s’oppose à l’art antérieur visant à favoriser le rendement du dispositif électrochimique seul, sans tenir compte de ses éléments associés.
Pour favoriser le rendement global, l’invention propose avantageusement de réguler de manière simple et pratique un unique paramètre, à savoir la pression interne du circuit de fluide, en contrôlant la vanne de régulation montée en aval. La pression interne de consigne déterminée s’appuie avantageusement sur les données physico-chimiques de l’environnement dans lequel se trouve le dispositif électrochimique, notamment la pression externe, et sur les données de performance du dispositif électrochimique et de ses éléments associés, notamment le compresseur.
Selon un aspect de l’invention, l’étape de détermination de la pression interne de consigne comprend :
  • une phase de calcul d’un rendement test du dispositif électrochimique à partir d’une pression interne test, ladite pression interne test étant calculée à partir de la pression externe mesurée et d’un taux de compression test prédéterminé appartenant à la plage de compression de manière à favoriser le rendement du compresseur, et
  • tant que le rendement test du dispositif électrochimique est inférieur à un seuil de rendement minimal prédéterminé, une nouvelle phase de calcul du rendement test à partir d’un nouveau taux de compression test incrémenté appartenant à la plage de compression du compresseur,
  • la pression interne de consigne correspondant à la pression interne test pour laquelle le rendement test respecte le seuil de rendement minimal.
Une telle approche par test consiste ainsi, à partir d’un taux de compression hypothétique acceptable pour le compresseur, de vérifier que le rendement du dispositif électrochimique correspondant est acceptable lui aussi. Une telle approche par test permet de déterminer, à partir d’une simple mesure de la pression externe et des données de performance du dispositif électrochimique et de ses éléments associés, une valeur de pression interne pour laquelle à la fois le dispositif électrochimique et ses éléments associés se trouvent dans des bonnes conditions de fonctionnement. En particulier, la pression interne de consigne choisie à l’issue de l’étape détermination assure un bon rendement du dispositif électrochimique tout en limitant la consommation électrique du compresseur. Lorsque la pression externe est modifiée, une nouvelle pression interne de consigne peut être déterminée de manière pratique.
Selon un autre aspect de l’invention, l’étape de détermination de la pression interne de consigne comprend :
  • une phase de calcul d’une plage de pressions internes admissibles à partir de la pression externe mesurée et de la plage de compression, et
  • le rendement global étant redéfini grâce à la pression externe mesurée comme une fonction de la pression interne, une phase de maximisation du rendement global sur la plage de pressions internes admissibles,
  • la pression interne de consigne correspondant à la pression interne admissible pour laquelle le rendement global est maximal.
Une telle approche d’optimisation considère le rendement du dispositif électrochimique comme une fonction de la pression interne et le rendement du compresseur comme une fonction de deux variables, à savoir la pression interne et la pression externe. A partir de la mesure de la pression externe, le rendement global est réécrit comme une fonction de la pression interne et maximisé sur la plage de pressions internes admissibles. Une telle approche permet avantageusement de déterminer le point de fonctionnement optimal du système de production énergétique, qui diffère de celui du dispositif électrochimique, notamment lorsque la pression externe est élevée, tel qu’à haute altitude à bord d’un aéronef.
Selon un aspect de l’invention, le rendement du dispositif électrochimique est proportionnel à la pression interne et le rendement du compresseur est, à pression externe fixée, inversement proportionnel à la pression interne. La pression interne de consigne déterminée est ainsi choisie suffisamment élevée pour favoriser les performances du dispositif électrochimique, et suffisamment faible pour limiter la consommation énergétique du compresseur.
Selon un aspect de l’invention, le dispositif électrochimique est refroidi par un circuit de refroidissement possédant un rendement prédéterminé en fonction de la pression interne, le rendement global étant fonction du rendement du circuit de refroidissement. La pression interne de consigne déterminée permet avantageusement de favoriser le fonctionnement du système de production énergétique dans son ensemble, en considérant la consommation énergétique du compresseur et du circuit de refroidissement.
Selon un aspect de l’invention, le rendement du dispositif électrochimique est fonction du taux d’oxygène dans le circuit de fluide, le procédé de commande comprenant une étape de mesure du taux d’oxygène dans le circuit de fluide, l’étape de détermination étant mise en œuvre à partir du taux d’oxygène mesuré. La pression interne de consigne est avantageusement déterminée à partir de plusieurs conditions physico-chimiques de l’environnement dans lequel est monté le dispositif électrochimique, à savoir la pression externe et le taux d’oxygène présent.
Selon un aspect de l’invention, le dispositif électrochimique se présente sous la forme d’une pile à combustible et, de préférence, le circuit de fluide se présente sous la forme d’un circuit de cathode de la pile à combustible, préférentiellement dans lequel circule de l’air. Les conditions de fonctionnement d’une pile à combustible s’appuient avantageusement notamment sur les conditions physico-chimiques de l’environnement extérieur dans laquelle elle est montée, telle que la pression externe de l’air et son taux d’oxygène.
Selon un aspect de l’invention, le dispositif électrochimique comprend un deuxième circuit de fluide de deuxième pression interne contrôlée par une deuxième vanne de régulation, le procédé de commande comprenant une étape de commande de la deuxième vanne de régulation pour atteindre une deuxième pression interne de consigne P10* vérifiant : | P10* - Pint* | < S2, où S2 désigne un seuil de variation de pression maximal prédéterminé et Pint* la première pression interne de consigne de la première vanne de régulation du premier circuit de fluide. Le premier circuit de fluide et la première vanne de régulation désignent ici le circuit de fluide et la vanne de régulation décrits précédemment, par distinction avec le deuxième circuit de fluide et la deuxième vanne de régulation. Le procédé selon l’invention permet ainsi de contrôler la pression interne à la fois dans le circuit de comburant et le circuit de carburant d’un dispositif électrochimique. Ceci permet d’assurer une pression sensiblement homogène dans le dispositif électrochimique et ainsi garantir son bon fonctionnement et augmenter sa durée de vie.
Selon un aspect préféré de l’invention, le deuxième circuit de fluide se présente sous la forme d’un circuit d’anode de pile à combustible, préférentiellement dans lequel circule de l’hydrogène. Le procédé selon l’invention permet ainsi de contrôler la pression interne à la fois dans le circuit de comburant et le circuit de carburant de la pile à combustible.
Selon un aspect de l’invention, le dispositif électrochimique est monté à bord d’un aéronef pour en assurer au moins en partie son alimentation en énergie électrique, ledit procédé étant mis en œuvre durant le vol de l’aéronef. Le procédé selon l’invention est particulièrement avantageusement pour un dispositif électrochimique monté à bord d’un aéronef car les conditions physico-chimiques y varient de manière importante suivant l’altitude. Le procédé selon l’invention permet ainsi d’adapter la pression interne de consigne au cours du vol pour favoriser le rendement global quelle que soit l’altitude de l’aéronef.
L’invention concerne également un module de commande d’une vanne de régulation de la pression interne d’un circuit de fluide dans un dispositif électrochimique pour la mise en œuvre du procédé tel que décrit précédemment, ledit circuit de fluide étant alimenté par un compresseur configuré pour prélever le fluide à une pression externe et le comprimer à la pression interne selon un taux de compression appartenant à une plage de compression prédéterminée, ledit module de commande comportant :
  • un organe de mesure de la pression externe,
  • un organe de stockage de données prédéterminées :
    • du rendement du dispositif électrochimique en fonction de la pression interne,
    • du rendement du compresseur en fonction du taux de compression,
    • du rendement global en fonction du rendement du dispositif électrochimique et du rendement du compresseur,
  • un organe de calcul configuré pour déterminer une pression interne de consigne à partir de la pression externe mesurée et de la plage de compression, de manière à favoriser le rendement global, et
  • un actionneur de vanne de la vanne de régulation pour atteindre la pression interne de consigne.
 PRESENTATION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.
La est une représentation schématique d’une pile à combustible montée à bord d’un aéronef selon l’art antérieur.
La est une représentation schématique d’une pile à combustible montée à bord d’un aéronef selon une forme de réalisation de l’invention.
La est une représentation schématique d’un procédé de commande d’une vanne de régulation de la pile à combustible de la selon un mode de réalisation de l’invention.
La est une représentation schématique d’une étape de détermination d’une pression interne de consigne du procédé de la selon un mode de réalisation de l’invention.
La et la sont des représentations schématiques d’une phase de calcul lors de la mise en œuvre de l’étape de détermination de la .
La est une représentation schématique de l’étape de détermination d’une pression interne de consigne du procédé de la selon un mode de réalisation alternatif de l’invention.
La et la sont des représentations schématiques de la phase de calcul lors de la mise en œuvre de l’étape de détermination de la .
La est une représentation schématique d’une pile à combustible montée à bord d’un aéronef selon une autre forme de réalisation de l’invention.
La est une représentation schématique du procédé de commande de la vanne de régulation de la pile à combustible de la selon un autre mode de réalisation de l’invention.
La est une représentation schématique d’une pile à combustible montée à bord d’un aéronef selon une autre forme de réalisation de l’invention.
La est une représentation schématique du procédé de commande de la vanne de régulation de la pile à combustible de la selon un autre mode de réalisation de l’invention.
La est une représentation schématique d’une pile à combustible montée à bord d’un aéronef selon une autre forme de réalisation de l’invention.
La est une représentation schématique du procédé de commande de la vanne de régulation de la pile à combustible de la selon un autre mode de réalisation de l’invention.
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.
 DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
L’invention concerne un procédé de commande d’une vanne de régulation de la pression interne d’un circuit de fluide dans un dispositif électrochimique. L’invention vise, dans un milieu de propriétés physico-chimiques variables, à favoriser le rendement du dispositif électrochimique à l’échelle globale. On décrit par la suite l’invention dans le cadre d’une pile à combustible montée à bord d’un aéronef afin de réguler la pression interne d’air dans un circuit de fluide se présentant sous la forme d’un circuit de cathode. Il va cependant de soi que le dispositif électrochimique pourrait se présenter sous une autre forme qu’une pile à combustible, tel qu’un électrolyseur ou un réacteur catalytique, et/ou être monté dans un environnement différent de celui d’un aéronef. Le circuit de fluide pourrait également se présenter sous une autre forme, tel qu’un circuit d’anode, et/ou permettre la circulation d’un fluide quelconque.
Comme décrit dans le préambule, une pile à combustible permet de produire de l’énergie électrique à partir d’une réaction d’oxydoréduction entre un combustible, l’hydrogène, et un comburant, l’oxygène présent dans l’air. En référence à la , une pile à combustible 2 comprend un empilement d’une pluralité de cellules 21, dans lesquelles a lieu la réaction d’oxydoréduction, qui sont maintenues entre deux plaques terminales 22 permettant de collecter l’énergie électrique produite. La pile à combustible 2 comprend également un circuit de cathode 3 et un circuit d’anode 10 permettant d’alimenter les cellules 21 respectivement en air et en hydrogène et d’évacuer les produits de la réaction d’oxydoréduction, à savoir de l’eau et des traces d’hydrogène et d’air.
Comme décrit dans le préambule, dans le cadre d’une pile à combustible 2 montée à bord d’un aéronef, l’air du circuit de cathode 3 est classiquement prélevé à l’intérieur ou à l’extérieur de l’aéronef, à savoir dans un milieu extérieur dont les propriétés physico-chimiques sont variables en fonction de l’altitude. En particulier, la pression de l’air, appelée pression externe Pext, diminue avec l’altitude et atteint, à titre d’exemple, de l’ordre de 9000 Pa à une altitude élevée de l’aéronef de 17000 m. Il en va de même pour la température et la concentration en oxygène de l’air notamment.
Comme décrit dans le préambule et illustré sur la , un compresseur 4 et une vanne de régulation 6 sont montés respectivement en amont et en aval du circuit de cathode 3. Le compresseur 4 et la vanne de régulation 6 permettent ensemble de contrôler la pression interne Pint et le débit massique Q de l’air dans le circuit de cathode 3, de manière à contrôler les conditions de fonctionnement de la pile à combustible 2. Plus précisément, le compresseur 4 permet de comprimer selon un taux de compression A l’air prélevé dans le milieu extérieur à la pression externe Pext. Le taux de compression A appartient à une plage de compression B qui est propre au compresseur 4. Le taux de compression A du compresseur 4 est contrôlé par un organe de commande 5 suivant le débit massique Q d’air souhaité dans le circuit de cathode 3.
Comme décrit dans le préambule et illustré sur la , la vanne de régulation 6 comprend quant à elle une section de passage variable contrôlée par un actionneur de vanne 7 suivant la pression interne Pint souhaitée dans le circuit de cathode 3. La vanne de régulation 6 est ainsi asservie en pression tandis que le compresseur 4 est asservi en débit, pour contrôler les conditions de fonctionnement de la pile à combustible 2 et par suite son rendement.
Selon l’invention et comme illustré sur les figures 2 et 3, la pression interne Pint dans le circuit de cathode 3 est régulée par mise en œuvre d’un procédé de commande de la vanne de régulation 6 à partir de données prédéterminées :
  • du rendement R2 de la pile à combustible 2 en fonction de la pression interne Pint du circuit de cathode 3,
  • du rendement R4 du compresseur 4 en fonction du taux de compression A, et
  • du rendement global R1 en fonction du rendement R2 de la pile à combustible 2 et du rendement R4 du compresseur 4.
Toujours selon l’invention et comme illustré sur les figures 2 et 3, le procédé de commande comprend :
  • une étape de mesure E1 de la pression externe Pext de l’air extérieur,
  • une étape de détermination E2 d’une pression interne de consigne Pint* à partir de la pression externe Pext mesurée et de la plage de compression B du compresseur 4, de manière à favoriser le rendement global R1, et
  • une étape de commande E3 de la vanne de régulation 6 pour atteindre la pression interne de consigne Pint*.
Comme ce sera décrit par la suite, l’étape de détermination E2 est mise en œuvre, selon un premier mode de réalisation, en comparant le rendement R2 de la pile à combustible 2 pour plusieurs valeurs test de pression interne Pint associées à un rendement R4 de compresseur 4 acceptable. Selon un deuxième mode de réalisation, l’étape de détermination E2 est mise en œuvre par maximisation du rendement global R1 sur une plage de pressions internes Pint acceptables pour le compresseur 4.
Le procédé de commande selon l’invention permet ainsi de réguler la pression interne Pint dans le circuit de cathode 3 de manière à favoriser les performances globales d’un système de production électrique 1. Comme illustré sur la , un tel système de production électrique 1 englobe la pile à combustible 2 ainsi que les éléments associés qui permettent son fonctionnement, tels que le compresseur 4 qui alimente la pile à combustible 2 en comburant. La pression interne de consigne Pint* déterminée permet ainsi de favoriser l’énergie produite disponible pour l’aéronef, correspondant à l’énergie produite en sortie de pile à combustible 2 à laquelle est soustraite l’énergie consommée par ses éléments associés, telle que l’énergie utilisée pour compresser l’air extérieur.
On décrit par la suite les étapes du procédé de commande selon le premier mode de réalisation puis selon le deuxième mode de réalisation de l’invention. D’autres aspects préférés de l’invention sont présentés pour finir.
Comme illustré sur la , préalablement à la mise en œuvre du procédé de commande, les données du rendement global R1, du rendement R2 de pile à combustible 2 et du rendement R4 du compresseur 4 sont stockées dans l’actionneur de vanne 7 de la vanne de régulation 6, ou alternativement dans un organe de stockage quelconque, tel qu’une base de données d’un calculateur. En pratique, les données de rendement R1, R2, R4 se présentent sous la forme de variables quantifiant la performance énergétique du système considéré, à savoir sa production énergétique et/ou son coût énergétique, en fonction d’un ou plusieurs paramètres. Selon un aspect préféré de l’invention, une (ou plusieurs) donnée(s) de rendement R1, R2, R4 se présente(nt) sous la forme :
  • du quotient de la puissance produite sur la puissance consommée par le système considéré ; et/ou
  • de l’écart à un rendement maximum prédéterminé du système considéré ; et/ou
  • d’une puissance électrique produite/consommée du système considéré.
Il va de soi qu’une ou plusieurs des données de rendement R1, R2, R4 pourrai(en)t se présenter sous la forme d’une autre variable de quantification de la performance énergétique que celles mentionnées.
Selon un aspect préféré de l’invention, les données de rendement R1, R2, R4 se présentent de plus sous la forme de modèles théoriques et/ou obtenus expérimentalement qui dépendent d’un ou de plusieurs paramètres. Comme illustré sur la , le rendement R4 du compresseur 4 varie en fonction du taux de compression A du compresseur 4, plus précisément de manière inversement proportionnelle. On rappelle que, par définition, le taux de compression A du compresseur 4 vérifie la relation : A = Pint / Pext. Le rendement R4 du compresseur 4 varie ainsi de manière inversement proportionnelle à la pression interne Pint, la pression externe Pext étant fixée. Toujours en référence à la , le rendement R2 de la pile à combustible 2 varie quant à lui en fonction de la pression interne Pint, plus précisément de manière proportionnelle. Il va de soi que des paramètres supplémentaires pourraient être pris en compte dans le modèle du rendement R2 de la pile à combustible 2 et/ou du compresseur 4, tel que le taux d’oxygène dans le circuit de cathode 3 pour le rendement R2 de la pile à combustible 2, comme ce sera décrit par la suite.
Comme illustré sur la , le rendement global R1 désigne le rendement du système de production électrique 1 défini précédemment comme l’ensemble de la pile à combustible 2 et des éléments associés permettant son fonctionnement. On considère dans cet exemple que le système de production électrique 1 est formé uniquement par la pile à combustible 2 et le compresseur 4. Le rendement global R1 varie ainsi en fonction du rendement R2 de la pile à combustible 2 et du rendement R4 du compresseur 4, en pratique de manière proportionnelle. De préférence, le rendement global R1 correspond au quotient de la puissance électrique produite par la pile à combustible 2 sur la puissance électrique consommée par le compresseur 4.
Il va de soi que d’autres éléments pourraient être ajoutés au système de production électrique 1, tel que le circuit de refroidissement 9 de la pile à combustible 2 comme ce sera décrit par la suite. De préférence, les éléments associés retenus sont ceux dont la consommation énergétique est fonction des conditions de fonctionnement de la pile à combustible 2, et en particulier, de la pression interne Pint du circuit de cathode 3. De préférence également, les éléments associés retenus sont ceux dont la consommation énergétique est remarquable par comparaison avec la production énergétique de la pile à combustible 2.
Comme illustré sur les figures 2 et 3, le procédé de commande débute par une étape de mesure E1 de la pression externe Pext de l’air extérieur. Dans cet exemple, l’étape de mesure E1 est mise en œuvre par un organe de mesure 8 relié à l’actionneur de vanne 7 de la vanne de régulation 6, se présentant de préférence sous la forme d’un capteur de pression. De manière alternative, la pression externe Pext pourrait être mesurée indirectement, par exemple à partir d’un capteur d’altimétrie de l’aéronef. A l’issue de l’étape de mesure E1, la mesure de la pression externe Pext est transmise à l’actionneur de vanne 7.
En référence aux figures 2 et 3, une étape de détermination E2 d’une pression interne de consigne Pint* pour la vanne de régulation 6 est ensuite mise en œuvre. Selon un premier mode de réalisation illustré sur la , l’étape de détermination E2 comprend :
  • une phase de calcul E2-1 d’un rendement test RT de la pile à combustible 2 à partir d’une pression interne test PT, ladite pression interne test PT étant calculée à partir de la pression externe Pext mesurée et d’un taux de compression test AT prédéterminé appartenant à la plage de compression B de manière à favoriser le rendement R4 du compresseur 4, et
  • tant que le rendement test RT du dispositif électrochimique 2 est inférieur à un seuil de rendement minimal S1 prédéterminé, une nouvelle phase de calcul E2-2 du rendement test RT à partir d’un nouveau taux de compression test AT incrémenté appartenant à la plage de compression B.
Ainsi, la pression interne de consigne Pint* déterminée lors de l’étape de détermination E2 correspond à la pression interne test PT pour laquelle le rendement test RT respecte le seuil de rendement minimal S1.
En pratique, comme illustré sur les figures 4A et 4B, la phase de calcul E2-1 est mise en œuvre à partir d’un taux de compression test AT prédéterminé qui appartient à la plage de compression B du compresseur 4. De préférence, le taux de compression test AT est choisi faible de manière à correspondre à une faible consommation énergétique du compresseur 4 et par suite à un rendement R4 élevé du compresseur 4, vérifiant R4 = f(AT) > S4. S4 désigne un seuil de rendement minimal du compresseur 4, de préférence inférieur au rendement maximal du compresseur 4 d’au plus 50%. De préférence, le taux de compression test AT est de plus choisi inférieur à la médiane de la plage de compression B.
Comme illustré sur les figures 4A et 4B, lors de la phase de calcul E2-1, la pression interne test PT associée au rendement test RT est calculée à partir de la pression externe Pext mesurée, en pratique par la relation : PT = RT × Pext. Le rendement test RT de la pile à combustible 2 est quant à lui déterminé à partir du rendement R2 de la pile à combustible 2 prédéterminé et de la pression interne test PT, en pratique par la relation : RT = R2 = g(PT). Dans l’exemple de la , le rendement test RT obtenu est inférieur de rendement minimal S1 de la pile à combustible 2 de sorte qu’une nouvelle phase de calcul E2-2 est mise en œuvre avec un nouveau taux de compression test AT incrémenté d’un incrément ε (voir ).
La illustre la phase de calcul E2-2 avec le nouveau taux de compression AT, en pratique mise en œuvre de manière identique à la précédente. Dans l’exemple de la , le rendement test RT obtenu lors de la phase de calcul E2-2 est supérieur au seuil de rendement minimal S1. Aucune nouvelle phase de calcul E2-1, E2-2 n’est alors mise en œuvre et la pression interne de consigne Pint* correspond à la dernière pression interne test PT calculée, dans cet exemple lors de la phase de calcul E2-2. Il va de soi que le nombre de phases de calcul E2-1, E2-2 est quelconque et dépend notamment du taux de compression test AT choisi, de l’incrément ε et du seuil de rendement minimal S1. De préférence, le seuil de rendement minimal S1 de la pile à combustible 2 est choisi inférieur au rendement maximal de la pile à combustible 2 d’au plus 50%.
En référence aux figures 2 et 3, à la fin de l’étape de détermination E2, la pression interne de consigne Pint* est transmise à l’actionneur de vanne 7 de manière à mettre en œuvre l’étape de commande E3 de la vanne de régulation 6. Dans l’exemple de la , l’étape de détermination E2 est mise en œuvre par l’actionneur de vanne 7 mais il va de soi qu’elle pourrait être mise en œuvre dans un organe de calcul quelconque, relié à l’organe de stockage des données prédéterminées et à l’actionneur de vanne 7. L’étape de commande E3 est quant à elle mise en œuvre en régulant la section de passage de la vanne de régulation 6 de manière à obtenir la pression interne de consigne Pint* dans le circuit de cathode 3. Une telle pression interne de consigne Pint* permet à la fois de favoriser la production électrique de la pile à combustible 2 et de limiter la consommation électrique du compresseur 4. De préférence, un tel procédé de commande est mis en œuvre plusieurs fois lors du vol de l’aéronef, de préférence à chaque changement d’altitude ayant un impact sur la pression externe Pext mesurée.
De manière avantageuse, on détermine incrémentalement la pression interne de consigne Pint* qui répond aux objectifs de rendement minimal S1 tout en réduisant la consommation du compresseur 4.
La illustre un deuxième mode de réalisation de l’invention qui diffère du précédent en ce que l’étape de détermination E2 comprend :
  • une phase de calcul E2-A d’une plage de pressions internes admissibles PPA à partir de la pression externe Pext mesurée et de la plage de compression B, et
  • la pression externe mesurée Pext permettant de définir le rendement global R1 comme une fonction de la pression interne Pint, une phase de maximisation E2-B du rendement global R1 sur la plage de pressions internes admissibles PPA.
Ainsi, la pression interne de consigne Pint* correspond à la pression interne admissible pour laquelle le rendement global R1 est maximal.
Plus précisément, en référence aux figures 5B et 5C, la plage de pressions internes admissibles PPA déterminée lors de la phase de calcul E2-A vérifie la relation : PPA = Pext × B. La pression externe Pext mesurée permet de plus de réécrire le rendement R4 de compresseur 4 comme une fonction de la pression interne Pint uniquement. Ainsi, à la fin de la phase de calcul E2-A, comme illustré sur les figures 5B et 5C, le rendement R4 du compresseur 4 et le rendement R2 de la pile à combustible 2 se présentent tous deux comme une fonction de la pression interne Pint. Par suite, le rendement global R1 peut également être exprimé comme une fonction de la pression interne Pint uniquement. De plus, la plage de pressions internes admissibles PPA déterminée permet de définir l’intervalle sur lequel le rendement global R1 peut être maximisé.
Comme illustré sur les figures 5B et 5C, la phase de maximisation E2-B est mise en œuvre à partir du rendement global R1 et permet de déterminer la pression interne de consigne Pint* parmi la plage de pressions internes admissibles PPA pour laquelle le rendement global R1 est maximal.
En référence aux figures 6A et 6B, selon un aspect préféré de l’invention, le circuit d’anode 10 de la pile à combustible 2 est également asservi en pression. Plus précisément, comme illustré sur la , une vanne de régulation 11 de la pression interne P10 du circuit d’anode 10 est montée en aval du circuit d’anode 10, désignée par la suite « deuxième vanne de régulation 11 ». La vanne de régulation 6 du circuit de cathode 3 est quant à elle désignée ici « première vanne de régulation 6 » à des fins de clarté. Comme illustré sur la , la deuxième vanne de régulation 11 comporte une section de passage variable contrôlée par l’actionneur de vanne 7, dans cet exemple identique à celui de la première vanne de régulation 6, de manière à obtenir une deuxième pression interne de consigne P10* dans le circuit d’anode 10. La pression interne de consigne Pint* de la première vanne de régulation 6 est désignée ici « première pression interne de consigne Pint* » à des fins de clarté.
Comme illustré sur la , le procédé de commande comprend en outre une étape de commande E4 de la deuxième vanne de régulation 11 pour atteindre la deuxième pression interne de consigne P10*, qui vérifie : | P10* - Pint* | < S2, où S2 désigne un seuil de variation de pression maximal prédéterminé. Ceci permet de limiter l’écart de pression entre le circuit de cathode et le circuit d’anode, pour augmenter la durée de vie de la pile à combustible 2.
En référence aux figures 7A et 7B, selon un autre aspect préféré de l’invention, le coût énergétique du circuit de refroidissement 9 de la pile à combustible 2 est pris en compte pour déterminer la pression interne de consigne Pint* de la vanne de régulation 6. Plus précisément, le procédé de commande est mis en œuvre à partir d’une donnée prédéterminée du rendement R9 du circuit de refroidissement 9 en fonction de la pression interne Pint du circuit de cathode 3. Le rendement global R1 se présente quant à lui sous la forme d’une fonction du rendement R2 de la pile à combustible 2, du rendement R4 du compresseur 4 et du rendement R9 du circuit de refroidissement 9. Autrement dit, le système de production électrique 1 est formé par la pile à combustible 2, le compresseur 4 et le circuit de refroidissement 9.
En référence aux figures 8A et 8B, selon un autre aspect préféré de l’invention, le rendement R2 prédéterminé de la pile à combustible 2 dépend également du taux d’oxygène O dans l’air du circuit de cathode 3. Le procédé de commande comprend de plus une étape de mesure E0 du taux d’oxygène O dans le circuit de cathode 3, dans cet exemple au moyen d’un organe de mesure 12 dédié se présentant sous la forme d’un capteur de gaz. L’étape de mesure E0 est mise en œuvre parallèlement à l’étape de mesure E1 de la pression externe Pex et permet de réécrire la donnée du rendement R2 de la pile à combustible 2 comme une fonction de la pression interne Pint uniquement. La prise en compte du paramètre du taux d’oxygène permet avantageusement de déterminer de manière plus fiable et précise la pression interne de consigne Pint*.
Pour conclure, la régulation de la pression interne Pint proposée dans l’invention correspond à une approche globale inédite qui prend en compte la production électrique de la pile à combustible 2, ou plus généralement d’un dispositif électrochimique, mais également la consommation électrique de ses éléments associés, en particulier le compresseur 4 mais également le circuit de refroidissement 9 à titre d’exemple. La pression interne de consigne Pint* déterminée favorise avantageusement le rendement global du système de production électrique, basé sur la production électrique en sortie de la pile à combustible 2 minorée de la consommation électrique de ses éléments associés, tel que le compresseur 4. Une telle approche globale diffère de l’art antérieur où la régulation de la pression interne Pint ne tenait compte que des performances de la pile à combustible 2. Une telle approche globale permet également notamment de réduire le dimensionnement du compresseur 4 et par suite sa masse et son encombrement embarqués dans l’aéronef.

Claims (10)

  1. Procédé de commande d’une vanne de régulation (6) de la pression interne (Pint) d’un circuit de fluide (3) dans un dispositif électrochimique (2), ledit circuit de fluide (3) étant alimenté par un compresseur (4) configuré pour prélever le fluide à une pression externe (Pext) et le comprimer à la pression interne (Pint) selon un taux de compression (A) appartenant à une plage de compression (B) prédéterminée, ladite vanne de régulation (6) étant montée en aval du circuit de fluide (3), ledit procédé comportant une étape de commande (E3) de la vanne de régulation (6) pour atteindre une pression interne de consigne (Pint*) et étant caractérisé par le fait qu ’il :
    • est mis en œuvre à partir de données prédéterminées :
      • du rendement (R2) du dispositif électrochimique (2) en fonction de la pression interne (Pint),
      • du rendement (R4) du compresseur (4) en fonction du taux de compression (A),
      • du rendement global (R1) en fonction du rendement (R2) du dispositif électrochimique (2) et du rendement (R4) du compresseur (4), et
    • comprend :
      • une étape de mesure (E1) de la pression externe (Pext), et
      • une étape de détermination (E2) de la pression interne de consigne (Pint*) à partir de la pression externe (Pext) mesurée et de la plage de compression (B), de manière à favoriser le rendement global (R1).
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape de détermination (E2) de la pression interne de consigne (Pint*) comprend :
    • une phase de calcul (E2-1) d’un rendement test (RT) du dispositif électrochimique (2) à partir d’une pression interne test (PT), ladite pression interne test (PT) étant calculée à partir de la pression externe (Pext) mesurée et d’un taux de compression test (AT) prédéterminé appartenant à la plage de compression (B) de manière à favoriser le rendement (R4) du compresseur (4), et
    • tant que le rendement test (RT) du dispositif électrochimique (2) est inférieur à un seuil de rendement minimal (S1) prédéterminé, une nouvelle phase de calcul (E2-2) du rendement test (RT) à partir d’un nouveau taux de compression test (AT) incrémenté appartenant à la plage de compression (B) du compresseur (4),
    • la pression interne de consigne (Pint*) correspondant à la pression interne test (PT) pour laquelle le rendement test (RT) respecte le seuil de rendement minimal (S1).
  3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape de détermination (E2) de la pression interne de consigne (Pint*) comprend :
    • une phase de calcul (E2-A) d’une plage de pressions internes admissibles (PPA) à partir de la pression externe (Pext) mesurée et de la plage de compression (B), et
    • le rendement global (R1) étant redéfini grâce à la pression externe (Pext) mesurée comme une fonction de la pression interne (Pint), une phase de maximisation (E2-B) du rendement global (R1) sur la plage de pressions internes admissibles (PPA),
    • la pression interne de consigne (Pint*) correspondant à la pression interne admissible (PA) pour laquelle le rendement global (R1) est maximal.
  4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le rendement (R2) du dispositif électrochimique (2) est proportionnel à la pression interne (Pint) et le rendement (R4) du compresseur (4) est, à pression externe (Pext) fixée, inversement proportionnel à la pression interne (Pint).
  5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif électrochimique (2) est refroidi par un circuit de refroidissement (9) possédant un rendement (R9) prédéterminé en fonction de la pression interne (Pint), le rendement global (R1) étant fonction du rendement (R9) du circuit de refroidissement (9).
  6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le rendement (R2) du dispositif électrochimique (2) est fonction du taux d’oxygène (O) dans le circuit de fluide (3), le procédé de commande comprenant une étape de mesure (E0) du taux d’oxygène (O) dans le circuit de fluide (3), l’étape de détermination (E2) étant mise en œuvre à partir du taux d’oxygène (O) mesuré.
  7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le dispositif électrochimique (2) se présente sous la forme d’une pile à combustible et, de préférence, le circuit de fluide (3) se présente sous la forme d’un circuit de cathode de la pile à combustible, préférentiellement dans lequel circule de l’air.
  8. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le dispositif électrochimique (2) comprend un deuxième circuit de fluide (10) de deuxième pression interne (P10) contrôlée par une deuxième vanne de régulation (11), le procédé de commande comprenant une étape de commande (E4) de la deuxième vanne de régulation (11) pour atteindre une deuxième pression interne de consigne (P10*) vérifiant : | P10* - Pint* | < S2, où (S2) désigne un seuil de variation de pression maximal prédéterminé.
  9. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le dispositif électrochimique (2) est monté à bord d’un aéronef pour en assurer au moins en partie son alimentation en énergie électrique, ledit procédé étant mis en œuvre durant le vol de l’aéronef.
  10. Module de commande d’une vanne de régulation (6) de la pression interne (Pint) d’un circuit de fluide (3) dans un dispositif électrochimique (2) pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications 1 à 9, ledit circuit de fluide (3) étant alimenté par un compresseur (4) configuré pour prélever le fluide à une pression externe (Pext) et le comprimer à la pression interne (Pint) selon un taux de compression (A) appartenant à une plage de compression (B) prédéterminée, ledit module de commande comportant :
    • un organe de mesure (8) de la pression externe (Pext),
    • un organe de stockage de données prédéterminées :
      • du rendement (R2) du dispositif électrochimique (2) en fonction de la pression interne (Pint),
      • du rendement (R4) du compresseur (4) en fonction du taux de compression (A),
      • du rendement global (R1) en fonction du rendement (R2) du dispositif électrochimique (2) et du rendement (R4) du compresseur (4),
    • un organe de calcul configuré pour déterminer une pression interne de consigne (Pint*) à partir de la pression externe (Pext) mesurée et de la plage de compression (B), de manière à favoriser le rendement global (R1), et
    • un actionneur de vanne (7) de la vanne de régulation (6) pour atteindre la pression interne de consigne (Pint*).
PCT/EP2022/064675 2021-06-02 2022-05-31 Procédé et module de commande d'une vanne de régulation de la pression interne d'un circuit de fluide dans un dispositif électrochimique WO2022253790A2 (fr)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22726478.5A EP4331029A2 (fr) 2021-06-02 2022-05-31 Procédé et module de commande d'une vanne de régulation de la pression interne d'un circuit de fluide dans un dispositif électrochimique
KR1020237040410A KR20240016961A (ko) 2021-06-02 2022-05-31 전기화학 장치 내의 유체 회로의 내부 압력을 조절하기 위한 밸브를 제어하기 위한 방법 및 모듈
JP2023572775A JP2024523136A (ja) 2021-06-02 2022-05-31 電気化学デバイスでの流体回路の内圧を調整するための弁を制御するための方法およびモジュール
US18/565,055 US20240282986A1 (en) 2021-06-02 2022-05-31 Method and module for controlling a valve for regulating the internal pressure of a fluid circuit in an electrochemical device
CN202280037130.5A CN117378068A (zh) 2021-06-02 2022-05-31 对用于调节电化学装置中流体回路的内部压力的阀进行控制的方法和模块

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FRFR2105796 2021-06-02
FR2105796A FR3123764B1 (fr) 2021-06-02 2021-06-02 Procédé et module de commande d’une vanne de régulation de la pression interne d’un circuit de fluide dans un dispositif électrochimique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2022253790A2 true WO2022253790A2 (fr) 2022-12-08
WO2022253790A3 WO2022253790A3 (fr) 2023-03-09

Family

ID=77411810

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/064675 WO2022253790A2 (fr) 2021-06-02 2022-05-31 Procédé et module de commande d'une vanne de régulation de la pression interne d'un circuit de fluide dans un dispositif électrochimique

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20240282986A1 (fr)
EP (1) EP4331029A2 (fr)
JP (1) JP2024523136A (fr)
KR (1) KR20240016961A (fr)
CN (1) CN117378068A (fr)
FR (1) FR3123764B1 (fr)
WO (1) WO2022253790A2 (fr)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080088043A1 (en) 2005-05-27 2008-04-17 Yamazaki Daisuke Fuell cell system and operation method of fuel cells
WO2011089502A1 (fr) 2010-01-19 2011-07-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Système de piles à combustibles et son procédé de commande
FR3074363A1 (fr) 2017-11-28 2019-05-31 Safran Power Units Pile a combustible comprenant un dispositif de regulation de pression et procede de regulation de pression
US20190267645A1 (en) 2018-02-23 2019-08-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method of fuel cell system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080088043A1 (en) 2005-05-27 2008-04-17 Yamazaki Daisuke Fuell cell system and operation method of fuel cells
WO2011089502A1 (fr) 2010-01-19 2011-07-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Système de piles à combustibles et son procédé de commande
FR3074363A1 (fr) 2017-11-28 2019-05-31 Safran Power Units Pile a combustible comprenant un dispositif de regulation de pression et procede de regulation de pression
US20190267645A1 (en) 2018-02-23 2019-08-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and control method of fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
EP4331029A2 (fr) 2024-03-06
CN117378068A (zh) 2024-01-09
FR3123764A1 (fr) 2022-12-09
KR20240016961A (ko) 2024-02-06
US20240282986A1 (en) 2024-08-22
WO2022253790A3 (fr) 2023-03-09
FR3123764B1 (fr) 2023-04-28
JP2024523136A (ja) 2024-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kurnia et al. Advances in proton exchange membrane fuel cell with dead-end anode operation: A review
EP1776730B1 (fr) Controle de l&#39;humidification de la membrane polymere d&#39;une pile a combustible
EP1758185B1 (fr) Séparateur pour cellule électrochimique polyélectrolytique et cellule électrochimique polyélectrolytique
KR100699371B1 (ko) 직접 메탄올형 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법
EP2872356A2 (fr) Motorisation de vehicule automobile incluant une pile a combustible et un systeme de stockage d&#39;energie
US8748051B2 (en) Adaptive loading of a fuel cell
WO2022253790A2 (fr) Procédé et module de commande d&#39;une vanne de régulation de la pression interne d&#39;un circuit de fluide dans un dispositif électrochimique
US7695837B2 (en) Fuel cell system
KR101759141B1 (ko) 연료 전지 시스템의 수소 농도 제어 장치 및 방법
EP3252859B1 (fr) Dispositif destiné à générer de l&#39;électricité à partir d&#39;une pile à combustible planaire refroidie par flux d&#39;air
US8968954B2 (en) Fuel cell system and method of controlling reaction condition of fuel in fuel cell
CN114725433A (zh) 一种质子交换膜氢燃料电池动力系统的给料控制方法
EP3340353A1 (fr) Systeme electrochimique a pile a combustible comportant un dispositif de regulation de pression a detendeur
CN116344868B (zh) 一种电堆水含量的调控方法及其应用
KR101670727B1 (ko) 농도 센서를 사용하지 않는 전압진폭 제어 기반의 피드백 제어 방식에 의한 액체형 연료전지의 연료농도 제어 방법 및 제어 장치, 이를 이용한 액체형 연료전지 장치
EP1846972A1 (fr) Systeme pile a combustible et procede de commande associe
CN115621508A (zh) 一种燃料电池系统阴极气体的压力和流量控制方法
EP3331079B1 (fr) Systeme electrochimique de pile a combustible comportant un dispositif de regulation de pression
EP3581782B1 (fr) Procédé de commande et dispositif de commande de moteur-fusée
CN109873184B (zh) 一种液体燃料电池电堆启动控制方法
WO2023242385A1 (fr) Procédé de production d&#39;hydrogène avec réglage de la puissance d&#39;un compresseur
Liu et al. Experimental Research on Voltage Uniformity of a PEMFC Stack under Dynamic Step Loading
FR3147054A1 (fr) Procédé de contrôle d’un ensemble de sources électriques interconnectées
FR2897985A1 (fr) Systeme et procede de commande d&#39;un module de puissance a pile a combustible.
WO2020035594A1 (fr) Dispositif de production d&#39;electricite pour sous-marin

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22726478

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280037130.5

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023572775

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18565055

Country of ref document: US

Ref document number: 2022726478

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022726478

Country of ref document: EP

Effective date: 20231128

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE