WO2023139265A1

WO2023139265A1 - Empilement de pile à combustible, pile à combustible et véhicule associé

Info

Publication number: WO2023139265A1
Application number: PCT/EP2023/051583
Authority: WO
Inventors: Julien Rapior; Florian Sébastien GHIO; Clément Guillaume SANTINI; Hugo Jean DESMARS
Original assignee: Symbio France
Priority date: 2022-01-24
Filing date: 2023-01-23
Publication date: 2023-07-27

Abstract

Cet empilement de pile à combustible comprend plusieurs plaques bipolaires (12), qui sont identiques les unes aux autres et qui sont empilées dans une direction d'empilement (A11). Chaque plaque bipolaire (12) est formée par deux plaques monopolaires, qui sont superposées et qui forment ensemble au moins une poche (20) à une extrémité de la plaque bipolaire (12), chaque poche (20) présentant une ouverture d'extrémité (28) configurée pour recevoir une broche (22) d'un module (18) de mesure de la pile à combustible, deux plaques bipolaires (12) successives quelconques étant empilées tête bêche.

Description

Empilement de pile à combustible, pile à combustible et véhicule associé

La présente invention concerne un empilement de pile à combustible, ainsi qu’une pile à combustible comprenant un tel empilement, et un véhicule comprenant une telle pile à combustible.

Les piles à combustible sont utilisées comme source d’énergie dans diverses applications, notamment dans les véhicules électriques. Dans les piles à combustible du type à électrolyte à membrane polymère (PEMFC), de l'hydrogène est fourni à l'anode de la pile à combustible et de l'oxygène est fourni comme oxydant à la cathode. Les piles à combustible à membrane polymère (PEMFC) comprennent un assemblage membrane- électrode (MEA pour membrane electrode assembly) comprenant une membrane électrolytique en polymère solide échangeuse de protons et non conductrice de l'électricité, ayant le catalyseur anodique sur l'une de ses faces et le catalyseur cathodique sur sa face opposée. Un assemblage membrane-électrode (MEA) est pris en sandwich entre une paire d'éléments électriquement conducteurs, appelés plaques bipolaires, généralement avec interposition de couches de diffusion de gaz, réalisées par exemple en tissu de carbone. Les plaques bipolaires sont généralement rigides et thermiquement conductrices. Elles servent principalement de séparateurs pour les espèces chimiques constitutives des réactifs gazeux de la pile à combustible et pour un éventuel fluide de refroidissement, et elles servent de collecteurs de courant pour l'anode et la cathode. Les plaques bipolaires comportent des canaux pourvus d’ouvertures appropriées pour répartir les réactifs gazeux de la pile à combustible sur les surfaces des catalyseurs d'anode et de cathode respectifs et pour évacuer les produits ou résidus de réaction, notamment de l'eau produite à la cathode.

Un assemblage membrane-électrode pris en sandwich entre deux plaques bipolaires forme une cellule unitaire de la pile à combustible, plusieurs cellules unitaires étant empilées pour former un empilement - dit aussi stack en anglais - de la pile à combustible. Au cours du fonctionnement de la pile à combustible, il est intéressant de superviser les cellules unitaires, notamment en mesurant des caractéristiques électriques des cellules.

On connaît par exemple de US-9 997 792-A1 une pile à combustible comprenant un empilement de cellules, reliées à un calculateur au moyen d’une nappe de câbles connectée à chacune des cellules par des languettes de connexion, les câbles étant maintenus par un harnais afin de presser les câbles contre les languettes de connexion. Cependant, les mesures réalisées avec ce type d’agencement sont peu fiables et la pile présente un encombrement important, de plus les câbles ont tendance à s’endommager du fait des contraintes mécaniques telles que les vibrations ou la dilatation engendrées lors du fonctionnement de la pile, et en réduisent par conséquent la durée de vie.

DE102021202538A1 décrit, quant à lui, une pile à combustible comprenant un empilement de cellules. Chacune des plaques bipolaires comprennent des contacts électriques, qui sont chacun configurés pour recevoir un connecteur complémentaire. Les contacts électriques sont alignés selon un axe d’empilement des cellules, tandis que des éléments isolants sont positionnés en périphérie des assemblages membrane- électrodes, entre chaque plaque bipolaire, pour empêcher les courts-circuits entre deux plaques bipolaires voisines, notamment lors du branchement des contacts électriques aux connecteurs complémentaires. Cependant ces éléments isolants, et par extension l’empilement de plaques bipolaires, sont relativement encombrants.

C’est à ces problèmes qu’entend plus particulièrement remédier l’invention, en proposant un empilement de pile à combustible amélioré, qui soit à la fois compact tout en étant plus fiable.

À cet effet, l’invention concerne un empilement de pile à combustible. Selon l’invention, l’empilement comprend plusieurs plaques bipolaires, qui sont identiques les unes aux autres, qui s’étendent chacune selon un plan médian et qui sont empilées dans une direction d'empilement orthogonale au plan médian, deux plaques bipolaires consécutives formant entre elles une cellule de l’empilement. Chaque plaque bipolaire est formée par deux plaques monopolaires, qui sont superposées et qui forment ensemble au moins une poche à une extrémité de la plaque bipolaire, chaque poche présentant une ouverture d’extrémité configurée pour recevoir une broche d’un module de mesure de la pile à combustible, alors que deux plaques bipolaires successives quelconques sont empilées tête-bêche.

Grâce à l’invention, le montage tête-bêche des plaques bipolaires permet de ménager des poches donc les ouvertures présentent chacune une largeur, mesurée dans le sens de l’empilement, dont supérieure à un intervalle entre deux plaques bipolaires successives. L’insertion des broches dans chaque poche est ainsi facilitée, en outre les broches sont plus épaisses, donc plus solides, ce qui contribue à la fiabilité de l’empilement.

Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l’invention, un tel empilement peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou selon toute combinaison techniquement admissible :

- Chaque poche débouche par l’ouverture d’extrémité selon une direction de connexion, qui est parallèle à une direction longitudinale de l’empilement, la direction longitudinale étant orthogonale à la direction d’empilement, alors que pour deux plaques bipolaires consécutives quelconques, la direction de connexion de chaque poche de l’une des deux plaques bipolaires est orientée à l’opposé de la direction de connexion de chaque poche de l’autre plaque bipolaire.

- Chaque plaque bipolaire comprend une zone de connexion, où est ménagée la au moins une poche de cette plaque bipolaire, et une zone complémentaire, qui est située à l’opposé de la zone de connexion par rapport à un centre de cette plaque bipolaire, alors que pour deux plaques bipolaires consécutives quelconques, la zone de connexion de l’une des deux plaques bipolaires est agencée en regard de la zone complémentaire de l’autre plaque bipolaire selon la direction d’empilement, et que l’empilement comprend aussi des moyens de calage, qui sont interposés entre chaque zone de connexion et la zone complémentaire en regard, de manière à limiter les déformations de chaque poche de cette zone de connexion lorsque la broche associée à cette poche est insérée dans cette poche.

- Les zones complémentaires comprennent des renflements qui sont ménagées en saillie sur les plaques polaires et qui s’étendent vers les zones de connexion en regard, de manière à limiter les déformations de chaque poche de cette zone de connexion lorsque la broche associée à cette poche est insérée dans cette poche, formant les moyens de calage.

- Les moyens de calage comprennent des entretoises, qui sont interposées entre chaque zone de connexion et la zone complémentaire en regard, alors que chaque entretoise est fixée à la zone complémentaire.

- Chaque plaque bipolaire comprend une face externe anodique et une face externe cathodique, alors que pour une plaque bipolaire donnée, la zone complémentaire de cette plaque bipolaire comporte une entretoise fixée sur la face anodique de cette plaque bipolaire et une entretoise fixée sur la face cathodique de cette plaque bipolaire.

- Chaque plaque bipolaire comprend une face externe anodique et une face externe cathodique, alors que pour une plaque bipolaire donnée, les moyens de calage comprennent trois entretoises, deux des entretoises étant disposées de part et d’autre de la zone complémentaire de cette plaque bipolaire, respectivement sur la face anodique de la plaque bipolaire et sur la face cathodique de la plaque bipolaire, tandis que la troisième entretoise est agencée entre les deux plaques monopolaires formant cette plaque bipolaire.

- Les moyens de calage comprennent des entretoises, qui sont interposées entre chaque zone de connexion et la zone complémentaire en regard, alors que pour chaque plaque bipolaire, les moyens de calage associés à cette plaque comprennent des ponts de matière, qui relient les entretoises entre elles, et que les moyens de calage sont montés sur une tranche de la plaque bipolaire concernée, de sorte que les entretoise(32) sont situées de part et d’autre de la zone complémentaire.

- Les moyens de calage comprennent des entretoises, qui sont interposées entre chaque zone de connexion et la zone complémentaire en regard, alors que l’empilement comprend aussi des assemblages membrane-électrode, qui sont chacun reçus entre deux plaques bipolaires consécutives et qui s’étendent entre les zones de connexion et les zones complémentaires en regard associées à ces deux plaques bipolaires, et que certaines des entretoises sont fixées aux assemblages membrane-électrode.

- Les entretoises sont réalisées en un matériau élastomère.

- Chaque plaque bipolaire comprend une zone de connexion, où est ménagée la au moins une poche de cette plaque bipolaire, et une zone complémentaire, qui est située à l’opposé de la zone de connexion par rapport à un centre de cette plaque bipolaire, alors que pour deux plaques bipolaires consécutives quelconques, la zone de connexion de l’une des deux plaques bipolaires est agencée en regard de la zone complémentaire de l’autre plaque bipolaire selon la direction d’empilement, que les zones de connexion sont réparties en deux rangées, les deux rangées s’étendant selon la direction l’empilement, et que pour chaque rangée, les ouverture d’extrémité des poches de cette rangée sont géométriquement portées par un plan d’ouverture, qui est parallèle à l’axe d’empilement, tandis les zones complémentaires associées aux zones de connexion de cette rangée sont ménagées en retrait du plan d’ouverture, à une distance du plan d’ouverture comprise entre 1 mm et 5 mm, de préférence supérieure ou égale à 2 mm.

Avantageusement, pour au moins une cellule de l’empilement, cette cellule comprend :

- une première plaque polaire, qui comporte :

• une zone périphérique, et

• un champ de circulation d’un fluide réactif, entouré par la zone périphérique,

- un assemblage membrane-électrode, qui est superposé à la première plaque polaire selon la direction d’empilement, et qui comprend :

• une portion périphérique, en regard de la zone périphérique suivant la direction d’empilement, • une portion centrale comprenant une membrane polymère échangeuse de protons, encadrée par la portion périphérique, et

• au moins une couche de diffusion de gaz, qui est interposée, selon la direction d’empilement, entre la membrane polymère échangeuse de protons et le champ de circulation de la première plaque polaire, et

- un premier joint périphérique, comprenant :

• une partie principale interposée, selon la direction d’empilement, entre la zone périphérique et la portion périphérique de l’assemblage membrane-électrode, la partie principale entourant le champ de circulation et la couche de diffusion de gaz associée à ce champ de circulation, la partie principale assurant une étanchéité au fluide réactif entre, d’une part, un compartiment de la cellule délimité à l’intérieur de la cellule, entre la portion périphérique de l’assemblage membrane-électrode et la zone périphérique et, d’autre part, une zone externe à la cellule par-delà la partie principale vis-à-vis du compartiment, et

• des ailettes, qui s’étendent depuis la portion principale dans le compartiment, dans lequel :

- la partie principale comprend deux portions longitudinales, qui s’étendent chacune parallèlement à une direction longitudinale orthogonale à la direction d’empilement, qui longent le champ de circulation et qui sont agencées de part et d’autre du champ de circulation, le compartiment incluant deux zones de bipasse, qui sont chacune délimitées entre, d’une part, une portion longitudinale respective et, d’autre part, le champ de circulation et la couche de diffusion de gaz associée à ce champ de circulation,

- pour chaque portion longitudinale, au moins une ailette s’étend depuis cette portion longitudinale dans la zone de bipasse correspondante,

- chaque ailette comprend :

• une partie de jonction, par l’intermédiaire de laquelle cette ailette est rattachée à la portion longitudinale correspondante,

• une partie extrémale, interposée selon la direction d’empilement entre la couche de diffusion de gaz et la zone périphérique, et

• une partie intermédiaire, reliant la partie de jonction à la partie extrémale, la partie intermédiaire étant inclinée, en projection dans le plan médian, par rapport une direction transversale, qui est orthogonale à la direction d’empilement et à la direction longitudinale, - pour chaque portion longitudinale, la ou les ailettes rattachées à cette portion longitudinales sont inclinées dans le même sens par rapport à la direction transversale,

- lorsque l’empilement est en configuration d’utilisation, les ailettes rattachées à celle des portions longitudinales située sur le bas sont inclinées dans même sens qu’un écoulement d’un fluide réactif associé à cette première plaque polaire.

Avantageusement, pour chaque joint périphérique, les ailettes rattachées à des portions longitudinales opposées sont inclinées dans des sens opposés par rapport à la direction transversale.

L’invention concerne également une pile à combustible, comprenant :

- un empilement tel que décrit précédemment,

- deux plaques terminales de part et d'autre de l'empilement, et

- une pluralité de modules de mesure des caractéristiques électriques des cellules, chaque module comprenant des broches, qui sont chacune connectée à une poche respective.

L’invention concerne enfin un véhicule, qui comprend au moins une pile à combustible telle que décrite précédemment.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :

- [Fig 1 ] la figure 1 représente une vue schématique en perspective de face et de côté d’une pile à combustible selon un mode de réalisation de l’invention ;

- [Fig 2] la figure 2 représente une vue schématique d’un empilement de plaques bipolaires de la pile à combustible de la figure 1 ;

- [Fig 3] la figure 3 représente une vue schématique et en perspective de la connexion entre les modules et les cellules de l’empilement de plaques bipolaires de la pile à combustible de la figure 1 ;

- [Fig 4] la figure 4 représente schématiquement, sur deux inserts a) et b), l’empilement de la figure 1 , représenté respectivement en perspective partiellement éclatée et en perspective ;

[Fig 5] la figure 5 représente schématiquement une coupe de l’empilement de la figure 1 ;

[Fig 6] la figure 6 représente schématiquement une coupe d’un empilement d’une pile à combustible conforme à un autre mode de réalisation ;

[Fig 7] la figure 7 représente schématiquement une coupe d’un empilement d’une pile à combustible conforme à un autre mode de réalisation ; [Fig 8] la figure 8 représente schématiquement une coupe d’un empilement d’une pile à combustible conforme à un autre mode de réalisation ;

[Fig 9] la figure 9 représente schématiquement une coupe d’un empilement d’une pile à combustible conforme à un autre mode de réalisation ;

[Fig 10] la figure 10 représente schématiquement une coupe d’un empilement d’une pile à combustible conforme à un autre mode de réalisation ;

- [Fig 1 1] la figure 11 représente schématiquement, sur deux inserts a) et b), une plaque bipolaire appartenant respectivement à l’empilement de la figure 4 et à une pile à combustible conforme un autre mode de réalisation de l’invention ;

- [Fig 12] la figure 12 représente schématiquement, sur deux inserts a) et b), un détail d’une plaque bipolaire et une coupe d’un empilement appartenant à une même pile à combustible conforme à un autre mode de réalisation de l’invention ;

- [Fig 13] la figure 13 représente schématiquement une vue en perspective de l’empilement de la figure 1 ;

- [Fig 14] la figure 14 représente respectivement, sur deux inserts a) et b), une vue de dessus d’un détail de l’empilement de la figure 13 et une coupe d’une partie de l’empilement de la figure 13 ;

- [Fig 15] la figure 15 représente respectivement, sur deux inserts a) et b), deux faces opposées d’une plaque bipolaire de l’empilement de la figure 13, et

- [Fig 16] la figure 16 représente, sur deux inserts a) et b), des détails de deux plaques bipolaires appartenant à des piles à combustible conformes à des modes de réalisation alternatifs de l’invention.

Sur les figures 1 et 2, on a représenté une pile à combustible 10 conforme à un premier mode de réalisation de l'invention. La pile à combustible 10 comprend un empilement 11 de plaques bipolaires 12.

De manière connue, chaque plaque bipolaire 12 présente deux faces externes opposées : une face anodique et une face cathodique.

Chaque plaque bipolaire 12 est ici formée par deux plaques monopolaires 13, superposées, les deux plaques monopolaires 13 incluant une première plaque polaire 13A, ici une plaque cathodique, et une deuxième plaque polaire 13B, ici une plaque anodique, les première et deuxième plaques polaires 13A et 13B étant visibles en figure 5. L’expression « deux plaques monopolaires 13 successives » désigne les deux plaques monopolaires cathodique 13A et anodique 13B associées à une même plaque bipolaire 12. Les plaques monopolaires 13 sont aussi appelées simplement « plaques polaires 13 ». Dans une telle plaque bipolaire 12 formée par deux plaques monopolaires 13, superposées, la plaque monopolaire anodique 13B forme la face anodique de la plaque bipolaire 12, et la plaque monopolaire cathodique 13A forme la face cathodique de la plaque bipolaire 12.

Un circuit de refroidissement est avantageusement aménagé entre les deux plaques monopolaires, qui sont assemblées l’une à l’autre de manière étanche. Chaque plaque bipolaire 12 présente une forme sensiblement plane qui s’étend selon un plan médian P12.

Dans ce mode de réalisation, les deux plaques monopolaires 13 associées à une même plaque bipolaire 12 sont réalisées en métal et sont soudées ou collées l’une à l’autre.

En référence à la figure 4, la pile 10 comporte une pluralité de cellules 14 réalisées sous forme d’un empilement 11 de plaques bipolaires 12, une cellule 14 étant formée entre deux plaques bipolaires 12 consécutives. Un empilement 11 est ainsi constitué de plusieurs cellules 14 individuelles reliées en série. Pour chaque cellule individuelle 14, la pile à combustible 10 comprend aussi un assemblage membrane-électrode 200, qui est intercalé entre les deux plaques bipolaires 12 associées à cette cellule 14. L’assemblage membrane électrode 200 est aussi dit simplement MEA 200.

Chaque plaque bipolaire 12 est ainsi commune à deux cellules 14 voisines. Chaque assemblage membrane 200 s’étend selon un plan moyen P200, qui est parallèle aux deux plans médians P12 associés aux plaques bipolaires 12 entre lesquelles est intercale cet assemblage membrane électrode 200. Le plan moyen P200 est orthogonal à l’axe d’empilement A11.

La pile à combustible 10 est par exemple destinée à être utilisée dans un véhicule à moteur, en particulier à moteur électrique, l’énergie électrique alimentant le moteur étant essentiellement, si ce n’est totalement, fournie par pile à combustible 10.

Les plaques bipolaires 12 sont empilées selon une direction d’empilement A1 1. La direction d’empilement A11 est orthogonale au plan médian P12 des plaques bipolaires 12 empilées. Autrement dit, le plan médian P12 est un plan transversal à la direction d’empilement A11. On définit aussi une direction longitudinale L et une direction transversale T, qui forment avec la direction d’empilement A11 un repère orthogonal.

La pile à combustible 10 comprend aussi deux plaques terminales 16, qui sont agencées de part et d’autre de l’empilement 11. L’empilement 11 est pris en sandwich entre les deux plaques terminales 16 et est comprimé selon la direction d’empilement A11 entre les plaques terminales 16. Les plaques terminales 16 sont par exemple réalisées en aluminium.

Des circuits fluidiques externes (non représentés) sont reliés à la pile 10 au niveau des plaques terminales 16 et les gaz réactifs sont distribués aux assemblages membrane électrode 200 à la surface des plaques bipolaires 12 via des canaux aménagés sur celles-ci et organisés en un réseau de canaux 17 comprenant un champ de circulation 103, et généralement deux champs d’homogénéisation 104, qui seront détaillés ci-après. Pour chaque plaque bipolaire 12, on définit un centre C12 de cette plaque bipolaire, qui correspond ici à un centre de symétrie du réseau de canaux 17.

Afin de mesurer les caractéristiques électriques des cellules 14, par exemple une tension électrique aux bornes d’une ou plusieurs cellules 14, des modules 18 de mesure d’au moins une caractéristique électrique des cellules 14 sont connectés à l’empilement 11 de plaques bipolaires 12. Chaque module 18 permet de monitorer l’état de l’empilement 11 afin d’adapter le contrôle commande du système de pile à combustible 10.

Deux plaques monopolaires 13 successives, appartenant donc à une même plaque bipolaire 12, sont avantageusement disposées dos à dos et forment entre elles au moins une poche 20 sur un bord de la plaque bipolaire 12, par exemple sur un bord agencé à une extrémité 21 de la plaque bipolaire 12 selon la direction longitudinale L. L’extrémité 21 est donc ici dans cet exemple un bord de la plaque bipolaire 12, qui s’étend parallèlement à la direction transversale T.

Chaque poche 20 est configurée pour recevoir une broche 22 d’un module 18 de mesure de caractéristiques électriques des cellules 14.

Les plaques bipolaires 12 sont identiques les unes aux autres. Deux plaques bipolaires 12 successives sont empilées tête bêche, comme visible sur la figure 2, de sorte que seule l’au moins une poche 20 d’une plaque bipolaire 12 sur deux affleure au voisinage des modules 18.

Selon l’exemple représenté, chaque plaque bipolaire 12 forme exactement deux poches 20 de réception d’une broche 22 chacune. Pour chaque plaque bipolaire 12, les poches 20 de réception de cette plaque bipolaire 12 sont agencées au voisinage les unes des autres, formant une zone de connexion 24A de cette plaque bipolaire 12.

Chaque plaque bipolaire 12 comprend aussi une zone complémentaire 24B. La zone complémentaire 24B de la plaque bipolaire 12 est une portion de plaque bipolaire 12 dans laquelle s’étend le matériau constitutif de la plaque, de préférence une portion lisse. Pour chaque plaque bipolaire 12, la zone complémentaire 24B est située symétriquement à l’opposé de la zone de connexion 24A par rapport au centre C12 de cette plaque bipolaire 12. Ainsi, pour deux plaques bipolaires 12 consécutives quelconques de l’empilement 11 , la zone de connexion 24A de l’une des deux plaques 12 est agencée en regard, selon la direction d’empilement A11 , de la zone complémentaire 24B de l’autre plaque bipolaire 12. Pour trois plaques bipolaires 12 consécutives quelconques de l’empilement 11 , la zone de connexion 24A de l’une des deux plaques 12, qui est située entre les deux autres plaques bipolaires 12 qui l’encadrent dans la direction d’empilement A1 1 , est agencée en regard, selon la direction d’empilement A11 , de la zone complémentaire 24B de chacune des deux autres plaques bipolaires 12 qui l’encadrent dans la direction d’empilement A1 1 .

Comme illustré en figure 2, on comprend que l’empilement 11 comprend deux rangées 23 de zones de connexion 24A, chacune des rangées 23 s’étendant selon la direction d’empilement A1 1. Les deux rangées 23 sont situées symétriquement l'une de l'autre par rapport à un axe parallèle à la direction d’empilement A11 et passant au centre C12 de chacune des plaques bipolaires. Dans l’exemple, les deux rangées 23 sont situées de part et d’autre d’un plan transversal de l’empilement, le plan transversal étant orthogonal à la direction longitudinale L. Dans l’exemple illustré, les modules 18 sont connectées à une seule des rangées 23, située sur le haut de la figure 2, l’autre rangée étant laissée inutilisée. En variante non représentée, d’autres modules du type des modules 18 sont connectés à l’autre rangée de zones de connexion 24A.

Ce qui est valable pour une des rangées 23 de zones de connexion 24A est transposable à l’autre rangée 23 de zones de connexion 24A. Dans la suite, on décrit principalement la rangée 23 à laquelle sont connectées les modules 18.

La deuxième poche 20 permet de faire de la mesure quatre fils par groupe de vingt cellules 14. Elle est utilisée pour la mesure d’impédance.

En particulier, chaque poche 20 est conformée pour coopérer avec ladite broche 22.

Pour chaque poche 20, les deux plaques monopolaires 13 successives délimitent à elles deux, lorsqu’elles sont au contact l’une de l’autre, une paroi 26 circonférentielle de la poche 20.

De préférence, chaque poche 20 présente une extrémité ouverte 28 où la paroi 26 circonférentielle a une forme conique. Plus généralement, l’extrémité ouverte 28 présente une forme évasée. Une telle forme a l’avantage de guider la broche 22 d’un module 18 lors de son introduction à l’intérieur de ladite poche 20.

Les extrémités ouvertes 28 d’une même rangée 23 sont géométriquement portées par un plan d’ouverture P28, qui est un plan parallèle à la direction d’empilement A1 1 , dans un l’exemple un plan transversal, autrement dit orthogonal à la direction longitudinale L.

On comprend que chaque broche 22 est insérée dans la poche 20 correspondante selon un mouvement d’insertion, qui est sensiblement un mouvement de translation, orienté vers un volume intérieur de la poche 20 correspondante. Pour chaque poche 20, on définit une direction de connexion D20, qui correspond sensiblement à une direction opposée du mouvement d’insertion de la broche 22 dans cette poche 20, donc une direction parallèle au mouvement d’insertion mais orientée selon le sens opposé. Pour chaque poche 20 d’une plaque bipolaire 12 donnée, chaque direction de connexion D20 est parallèle au plan médian P12 de cette plaque bipolaire 12. Ainsi chaque poche 20 débouche vers l’extérieur par l’extrémité ouverte 28 de cette poche 20 selon la direction de connexion D20.

De préférence, les poches 20 d’une même zone de connexion 24A sont orientées dans le même sens, c’est-à-dire que les directions de connexion D20 associées à ces poches 20 sont parallèles entre elles. Ainsi, par extension, pour chaque zone de connexion 24A, la direction de connexion D20 de chaque poche 20 associée à cette zone de connexion 24A est aussi une direction de connexion pour cette zone de connexion 24A. Pour chaque rangée 23 de zones de connexion 24A, les directions de connexion D20 associées à ces zones de connexion 24A sont orthogonales au plan d’ouverture P28 associé à ces zones de connexion 24A.

De préférence, pour deux plaques bipolaires 12 consécutives quelconques, la direction de connexion D20 de chaque poche 20 de l’une des deux plaques bipolaires 12 est orientée à l’opposé de la direction de connexion D20 de chaque poche 20 de l’autre plaque bipolaire 12.

Avantageusement, la paroi 26 circonférentielle de chaque poche 20 présente une nervure 26B de sorte à former un passage de section réduite pour une broche 22. La nervure 26B joue un rôle dans la rigidification de la poche 20, et permet d’assurer le contact électrique à l’intérieur de la poche 20 entre la broche 22 et la poche 20.

Chaque module 18 comporte ici dix broches 22 alignées configurées pour connecter dix poches 20 au dit module 18, soit vingt cellules 14, et une broche supplémentaire 25 pour connecter la deuxième poche 20 de l’une des vingt cellules 14, comme visible sur la figure 3. Les dix broches 22 alignées permettent de mesurer entre deux broches 22 consécutives la tension de deux cellules 14 consécutives. Les broches 22, 25 d’un module 18 sont de préférence identiques.

Dans le mode de réalisation représenté, chaque zone de connexion 24A comprend deux poches 20, une des poches 20 étant associée à une des broches 22 du module 18, tandis que l’autre poche 20 est configurée pour recevoir la broche supplémentaire 25.

L’exemple représenté comprend deux modules 18, cependant la pile à combustible 10 n’est pas limitée à deux modules mais peut en comprendre davantage, par exemple dix modules 18 pour connecter deux-cent cellules 14. De manière analogue, le nombre de broches 22 pour chaque module 10 n’est pas limitatif.

La broche supplémentaire 25 est disposée sensiblement parallèlement à l’alignement de broches 20 et de préférence à une extrémité longitudinale du module 18. Par exemple, la broche supplémentaire 25 est configurée pour injecter du courant dans la poche 20 dans laquelle elle est reçue, et permet ainsi de réaliser une mesure d’impédance sur vingt cellules 14. En référence à la figure 4, chaque plaque bipolaire 12, et par extension les deux plaques monopolaires 13 associées à cette plaque bipolaire 12, comprend des ouvertures 101 , une zone périphérique 102, un champ de circulation 103 et deux champs d’homogénéisation 104. Autrement dit, les éléments 101 à 104 se retrouvent sur les deux faces opposées de chaque plaque bipolaire 12. Le champ de circulation 103 et les deux champs d’homogénéisation 104 sont inclus dans le réseau de canaux 17.

La zone périphérique 102 s’étend sur tout le pourtour de la plaque bipolaire 12, et borde ici les ouvertures 101 , les champs d’homogénéisation 104 et le champ de circulation 103. Les ouvertures 101 , les champs d’homogénéisation 104 et le champ de circulation 103 sont disposés à l’intérieur de la zone périphérique 102. La zone périphérique 102 s’étend dans un plan perpendiculaire à la direction d’empilement A11 , c’est-à-dire dans un plan parallèle au plan médian P12.

Chaque ouverture 101 est destinée soit à l’injection de fluide réactif ou de refroidissement, soit à l’évacuation de fluide réactif ou de refroidissement, pour chaque cellule 12 de l’empilement 11. Les fluides réactifs et de refroidissement sont des fluides de fonctionnement de la pile à combustible 10. Les ouvertures 101 ont ici un contour fermé, aussi les ouvertures 101 forment des conduits internes à l’empilement 11 , ces conduits étant dits « internal manifold » en anglais. En variante non représentée, les fluides de fonctionnement de la pile à combustible 10 sont approvisionnés par des conduits externes à l’empilement 11 , ces conduits étant dits « external manifolds » en anglais. Dans ce cas, les ouvertures 101 ont un contour ouvert. Les principes de l’invention sont valables quels que soit le type des conduits

Dans l’exemple, une rangée de trois ouvertures 101 est située d’une part de la plaque polaire 13 - ici la plaque cathodique 13A - par rapport à la direction transversale T, les trois ouvertures 101 étant alignées dans la direction transversale T. Une autre rangée, comprenant trois autres ouvertures 101 , est située d’autre part de la plaque polaire 13, les trois autres ouvertures 101 étant également alignées dans la direction transversale T. Chacune des deux rangées d’ouvertures 101 est ménagés à proximité d’une extrémité longitudinale respective de la plaque polaire 13.

Pour chaque fluide réactif ou de refroidissement, et donc pour chaque champ de circulation 103 de fluide de la cellule 12, une ouverture 101 forme une alimentation de fluide pour le champ de circulation concerné, et une autre ouverture, située symétriquement à l’opposé par rapport au centre C12, sert à l’évacuation de fluide pour le champ de circulation 103 concerné, les deux ouvertures 101 située symétriquement à l’opposé par rapport au centre C12 étant de préférence de géométries symétriques selon une symétrie centrale par rapport au centre C12. Le champ de circulation 103 s’étend, entre les deux champs d’homogénéisation 104 dans la direction longitudinale L, sur une face de la plaque 13A tournée en direction de l’assemblage membrane électrode 200. Chaque champ d’homogénéisation 104 est disposé entre le champ de circulation 103 et les ouvertures 101 selon la direction longitudinale L. Chaque champ d’homogénéisation 104 comporte généralement des canaux, qui relient l’une des ouvertures 101 au champ de circulation 103. Dans l’exemple illustré, les canaux des champs d’homogénéisation 104 sont similaires et formés de la même façon que ceux du champ de circulation 103, hormis pour leur orientation, ici en éventail.

En alternative non représentée, les canaux des champs d’homogénéisation 104 ont une largeur et/ou une profondeur différentes de celles du champ de circulation 103. De même, les canaux des champs d’homogénéisation 104 peuvent être réalises de façon différente de ceux du champ de circulation 103, notamment avec des procédés technologiques différents. Par exemple, les canaux des champs d’homogénéisation 104 sont réalisés sous la forme de nervures appliquées par ajout de matière, métallique, élastomère, ou polymère, sur une portion de la plaque polaire 13, cette portion pouvant être plane ou pas, tandis que les canaux du champ de circulation 103 peuvent être réalisés par emboutissage, ou inversement.

Pour la plaque cathodique 13A, le premier champ d’homogénéisation 104 permet de répartir le fluide réactif provenant de l’une des ouvertures 101 afin qu’il circule dans l’ensemble du champ de circulation 103, selon la direction longitudinale L. Le deuxième champ d’homogénéisation 104 permet d’évacuer le fluide réactif réparti sur l’ensemble du champ de circulation 103 jusqu’à une autre ouverture 101 , située à l’opposé de la plaque 13A, où le fluide réactif est évacué.

Les deux ouvertures 101 reliées par le champ de circulation 103 et les deux champs d’homogénéisation 104 sont situés à l’opposé l’un de l’autre par rapport au centre C12, autrement dit ces deux ouvertures 101 sont agencées symétriquement par rapport au centre C12. On comprend que pour chaque champ de circulation 103, deux ouvertures 101 symétriques opposées par rapport au centre C12 sont associées à ce champ de circulation 103, ces deux ouvertures 101 desservant ce champ de circulation.

Pour chaque fluide réactif ou de refroidissement, et donc pour chaque champ de circulation de fluide de la cellule, les deux champs d’homogénéisation 104 sont de préférence symétriques selon une symétrie centrale par rapport au centre C12, tant dans la géométrie des champs d’homogénéisation 104 que dans la disposition des canaux des champs d’homogénéisation 104. En variante non représentée, les plaques polaires 13 ne comprennent pas les champs d’homogénéisation 104, le champ de circulation 103 étant directement relié aux ouvertures 101.

Ainsi, sur la face de la plaque 13A qui est tournée en direction de l’assemblage 200, un seul des fluides réactifs circule de l’une des ouvertures 101 jusqu’à une autre des ouvertures 101 opposée suivant la direction longitudinale L, par l’intermédiaire du champ de circulation 103. Pour la plaque polaire cathodique 13A, le fluide réactif est du fluide réactif cathodique, par exemple de l’air ou de l’oxygène.

Dans l’exemple illustré, l’assemblage membrane-électrode 200 - ou MEA 200 - comprend une portion périphérique 202, des ouvertures 201 , et une portion centrale 203. La portion périphérique 202 s’étend sur tout le pourtour de la MEA 200, et borde les ouvertures 201 et la portion centrale 203, qui sont situées à l’intérieur de la portion périphérique 202. Les ouvertures 201 ont un contour fermé. La portion périphérique 202 s’étend dans un plan perpendiculaire à la direction d’empilement A11 , parallèle au plan médian P12.

Les ouvertures 201 de la MEA 200 sont pratiquées dans l’assemblage membrane électrode 200 pour permettre la circulation des fluides réactifs au travers de la MEA suivant la direction d’empilement A11. Chaque ouverture 201 prolonge l’une des ouvertures 101 de la plaque polaire cathodique 13A suivant la direction d’empilement A11 , formant des conduits de passage - ou manifolds en anglais - pour les fluides de fonctionnement de la pile à combustible. Autrement dit, les ouvertures 101 et 201 sont en regard dans la direction d’empilement A11. Dans l’exemple, chaque ouverture 201 a la même forme que l’ouverture 101 avec laquelle elle est en regard.

Dans l’empilement 11 , les ouvertures 101 des plaques bipolaires 12 et les ouvertures 201 des assemblages membrane-électrode 200 forment ensemble des conduits internes à l’empilement 11 , aussi dits « internal manifold » en anglais. En variante non représentée, les fluides de fonctionnement de la pile à combustible 10 sont approvisionnés par des conduits externes à l’empilement 11 , ces conduits étant dits « external manifolds » en anglais. Dans ce cas, les ouvertures 101 des plaques bipolaires 12 ont chacune un contour ouvert. Les principes de l’invention sont valables quels que soit le type des conduits.

La portion centrale 203 de la MEA 200 est en regard du champ de circulation 103 et recouvre complètement le champ de circulation 103 selon la direction d’empilement A11. Un pourtour périphérique de la portion centrale 203 de la MEA 200 peut éventuellement chevaucher un pourtour intérieur de la portion périphérique 202 de la MEA 200. En référence à la figure 5, la portion centrale 203 de la MEA 200 comprend une membrane 204, qui est une membrane polymère échangeuse de protons. La membrane 204 s’étend parallèlement au plan médian P12, en regard du champ de circulation 103 selon la direction d’empilement A11 , et est sensiblement plane. La membrane 204 est préférentiellement coplanaire avec la portion périphérique 202 de la MEA 200. La membrane 204 peut être recouverte d’une couche de catalyseur sur ses deux faces parallèles au plan médian P12. Dans l’exemple illustré, la membrane 204 s’étend au-delà du champ de circulation 103, notamment dans le cas où la portion centrale 203 chevauche une partie de la portion périphérique 202.

La membrane 204 de chaque MEA 200 est prise entre deux couches de diffusion de gaz 205, dite aussi GDL, acronyme de l’anglais « Gas Diffusion Layer ». Chaque couche de diffusion 205 s’étend parallèlement au plan médian P12 et est interposée entre la portion centrale 203 de la MEA 200 et la plaque polaire 13 en regard, suivant la direction d’empilement A11 . La portion centrale 203, prise entre les GDL205, est considérée comme s’étendant selon le plan moyen P200.

La MEA 200 comprend avantageusement un cadre de maintien 206 pour supporter la portion centrale 203, en particulier pour supporter la membrane 204. Le cadre de maintien 206 forme alors la portion périphérique 202. Dans l’exemple de la figure 5, le cadre de maintien 206 pince un pourtour périphérique externe de la membrane 204, dans la direction d’empilement A11 , afin de maintenir la membrane 204. Le cadre de maintien 206 enserre alors toute la partie de la membrane 204 qui chevauche la portion périphérique 202 selon la direction d’empilement A11.

En variante non illustrée, à la place du cadre de maintien 206, on pourrait prévoir qu’une même membrane, telle que la membrane 204, forme à la fois la portion centrale 203 et la portion périphérique 202. Cependant la configuration représentée est préférée, car le cadre de maintien 206 est résistant, comparativement à la membrane 204, plus souple et plus fragile. Le cadre de maintien 206 est préférentiellement constituée de deux demi- cadres de formes sensiblement identiques qui sont destinés à venir en appui plan l’un contre l’autre, et qui sont, par exemple, réalisés en film polymère, par exemple en poly(téréphtalate d'éthylène), connu sous l’abréviation PET, ou en poly(naphtalate d'éthylène), connu sous l’abréviation PEN. Dans ce dernier cas, les deux demi-cadres sont par exemple assemblés l’un à l’autre par collage

Dans l’exemple illustré, chaque couche de diffusion 205 recouvre entièrement la portion centrale 203 en regard, en particulier recouvre la membrane 204, et déborde avantageusement sur la portion périphérique 202, à savoir sur le pourtour intérieur du cadre de maintien 206 pinçant la membrane 204. En particulier, la couche de diffusion de gaz 205 est, au moins dans la zone correspondant au cham de circulation 103, en appui sur le réseau de canaux 17 selon la direction d’empilement A11 , et en appui contre la membrane 204 en direction opposée. La couche de diffusion de gaz 205 est avantageusement formée d’un matériau poreux, et permet au fluide réactif de diffuser depuis les canaux 17 jusqu’à la membrane 204 lorsque la cellule 14 est en fonctionnement, et éventuellement à des produits de réaction provenant de la membrane 204 de diffuser jusqu’aux canaux 105 pour être évacués.

Chaque broche 22, 25 du module 18 est conçue pour favoriser un contact électrique efficace et durable dans le temps entre le module 18 et la plaque bipolaire 12 à laquelle elle correspond. À cet effet, chaque broche 22, 25 du module 18 présente par exemple une forme telle que la broche 22, 25 exerce deux forces opposées sur la paroi 26 circonférentielle de la poche 20 une fois la broche 22, 25 insérée dans la poche 20 correspondante. En référence à la figure 5, on comprend que lors de l’insertion des broches 22, 25 dans les poches 20 correspondantes, les deux plaques polaires 13A et 13B qui forment la plaque bipolaire 12 correspondante tendent à s’écarter l’une de l’autre.

L’empilement 11 comprend aussi des moyens de calage 30, qui sont agencés entre chaque zone de connexion 24A et la zone complémentaire 24B en regard, de manière à limiter les déformations de chaque poche 20 de cette zone de connexion 24A lorsque la broche 22 associée à cette poche 20 est insérée dans cette poche20. , en particulier de manière à limiter la capacité de ces plaques polaires 13A et 13B de s’écarter au cours de l’insertion des broches 22, 25. De préférence, les moyens de calage 30 sont alignés, selon la direction d’empilement A11 , avec chacune des poches 20. De préférence, les moyens de calage 30 sont agencés de part et d’autre de chaque poche 20 selon la direction d’empilement A11.

Dans l’exemple de la figure 5, pour chaque plaque bipolaire 12, les moyens de calage 30 comprennent deux entretoises 32, présentant par exemple deux faces opposées parallèles au plan médian P12, par exemple de forme parallélépipédique. De préférence, chaque entretoise 32 est fixée à la zone complémentaire 24B, et se trouve ainsi interposée entre cette zone complémentaire 24B et la zone de connexion 24A située en regard. Pour une plaque bipolaire 12 donnée, la zone complémentaire 24B comporte ainsi une entretoise 32 sur la face anodique de cette plaque bipolaire 12 et une entretoise 32 sur la face cathodique de cette plaque bipolaire 12. Dans cet exemple, les entretoises sont réalisées en matériau électriquement isolant. De plus, il peut être avantageux que les entretoises soient réalisées en un matériau élastique, en particulier en élastomère, donc notamment en élastomère électriquement isolant. Les entretoises 32 sont ici réalisées en polysiloxane, dit aussi silicone, et sont fixées sur les plaques monopolaires 13 associées à cette plaque bipolaire, avant de former l’empilement 1 1. Par exemple, du silicone pâteux est appliqué sur les plaques monopolaires 13, le silicone formant, après durcissement, les entretoises 32. Notamment, les entretoises 32 sont avantageusement réalisées par surmoulage sur les plaques monopolaires 13. Ainsi chaque entretoise 32 est avantageusement fixée directement, par surmoulage, à la zone complémentaire 24B correspondante. Alternativement, des entretoises sont fabriquées préalablement, par exemple par moulage et/ou par usinage, ces entretoises étant ensuite collées ou emboitées sur les plaques monopolaires 13, et formant ainsi les moyens de calage 30.

Une fois les cellules 14 empilées dans un état opérationnel de la pile 10, les moyens de calage 30 sont en appui contre les deux plaques bipolaires 12 en regard, ou à très faible distance de chacune des deux plaques bipolaires 12 en regard, chaque moyen de calage 30 étant ainsi interposé entre une zone de connexion 24A d’une des deux plaques bipolaires 12, et la zone complémentaire 24B située en regard et appartenant à l’autre deux plaques bipolaires 12. Notamment dans le cas d’une entretoise 32 en matériau élastique, lors de l’insertion de la broche 22 ou 25 dans une poche 20, les moyens de calage 30 agencés de part et d’autre de la zone de connexion 24A associée à cette poche 20 peuvent être amenées à se déformer élastiquement pour accommoder le passage de la broche dans la poche 20, tout en résistant, par retour élastique, à l’écartement des plaques polaires 13 associées à cette poche 20, en prenant appui contre les plaques bipolaires 12 voisines, en particulier en prenant appui contre les zones complémentaires 24B en regard.

On définit un intervalle L12 comme étant une distance entre deux plaques bipolaires 12 voisine, mesuré entre les plans médians P12 de deux plaques bipolaires 12 successives parallèlement à l’axe d’empilement A11. L’intervalle L12 correspond au pas - dit aussi « pitch » en anglais - de la pile à combustible 10, autrement dit à l’épaisseur moyenne d’une cellule 14. L’intervalle L12 est typiquement compris entre 0,8 mm et 1 ,5 mm.

Selon des exemples, les moyens de calage 30 présentent une épaisseur, mesurée parallèlement à la direction d’empilement A11 , inférieure à l’intervalle L12 séparant les deux plaques bipolaires 12 en regard dans l’état opérationnel de la pile, pour autoriser malgré tout léger écartement des plaques polaires 13 associées à cette poche 20 pour accommoder le passage de la broche dans la poche 20, tout en limitant cet écartement, notamment dans le but de tenir compte des tolérances géométriques de fabrication et d’assemblage des cellules.

Notamment, les moyens de calage 30 maintiennent à distance les deux plaques bipolaires 12 voisines, en particulier maintiennent à distance chaque zone de connexion 24A des zones complémentaires 24B situées en regard. Les moyens de calage 30 évitent tout contact direct entre les deux plaques bipolaires 12 voisines, en particulier évitent tout contact direct entre chaque zone de connexion 24A et les zones complémentaires 24B situées en regard.

Avantageusement, dans un état opérationnel de la pile 10, les moyens de calage 30 sont dimensionnés en épaisseur, selon la direction d’empilement A11 , de manière ainsi ménager, entre les moyens de calage 30 et les deux plaques bipolaires 12 voisines, un jeu dimensionnel total selon la direction d’empilement A11. Ce jeu dimensionnel est de préférence inférieur à 100 microns, plus préférentiellement inférieur à 50 microns. Le jeu dimensionnel entre les moyens de calage et les plaques bipolaires 12 voisines n’est pas représenté sur les figures. Grâce à ce jeu dimensionnel, on peut accepter des dispersions de dimension des moyens de calage 30 et des plaques bipolaires 12 sans risquer que les moyens de calage, qui seraient trop épais par rapport à la place disponible entre une zone de connexion 24A et la zones complémentaires 24B, ne causent une déformation locale des plaques bipolaires 12.

En référence à la figure 5, où l’empilement 11 est représenté en coupe, pour chaque poche 20 d’une zone de connexion 24A donnée, la paroi circonférentielle 26 comprend avantageusement des rebords évasés 27A, qui délimitent l’extrémité ouverte 28 de cette poche 20. Les rebords évasés 27A correspondent aux bords des plaques monopolaires 13A / 13B et s’étendent ici parallèlement à l’axe transversal T. Les rebords 27A divergent par rapport au plan médian P12 à mesure que l’on s’éloigne d’un fond 29 de cette poche 20. Chaque rebord évasé 27A est une portion d’un bord externe de la plaque bipolaire 12 à laquelle appartient cette zone de connexion 24A. Les rebords évasés 27A facilitent l’insertion de la broche 22/25 correspondante la broche 20 considérée.

Pour chaque poche 20, on définit un encombrement L20 comme étant une distance maximale, mesurée parallèlement à l’axe d’empilement A11 , entre les deux rebords évasés 27A de cette poche 20. L’encombrement L20 et l’intervalle L12 sont représentés en figure 5. Le montage tête-bêche des plaques bipolaires 12 permet de ménager des poches 20 dont l’encombrement L20 est supérieur à l’intervalle L12, ce qui facilite l’insertion des broches 22, lesquelles sont plus épaisses, donc plus solide.

Chaque zone complémentaire 24B comprend un bord complémentaire 27B, qui s’étend en regard des rebords évasés 27A voisins, de préférence parallèlement aux rebords évasés 27A voisins appartenant à la ou aux zones de connexions 24A en regard de cette zone complémentaire 24B. Chaque bord complémentaire 27B est une portion d’un bord externe de la plaque bipolaire 12 à laquelle appartient cette zone complémentaire 24B. Chaque bord complémentaire 27B s’étend ici parallèlement à la direction transversale T.

Dans les exemples illustrés aux figures 5 à 8, les rebords évasés 27A et les bords complémentaires 27B sont alignés les uns avec les autres selon la direction d’empilement A1 1 . Autrement dit, les rebords évasés 27A et les bords complémentaires 27B sont géométriquement portés par le plan d’ouverture P28.

On comprend que les moyens de calage 30 servent à maintenir à distance chaque rebord évasé 27A du ou des bords complémentaires 27B voisins, ce qui réduit les risques de court-circuit entre deux plaques bipolaires 12 voisines.

Comme illustré sur la figure 5, pour chaque cellule 14, l’assemblage membrane- électrode 200 est avantageusement pincé par les moyens de calage 30 entre les deux plaques bipolaires 12 associées à cette cellule 14. Dans l’exemple de la figure 5, le cadre de maintien 206 est pincé par les moyens de calage 30 entre les deux plaques bipolaires 12.

De manière générale, et y compris pour les modes de réalisation décrits ci-dessous, une ou plusieurs des entretoises 32 peut être formée par une portion d'un joint d'étanchéité de la cellule 14. De même, une ou plusieurs des entretoises 32 peut être distincte des joints d'étanchéité mais peut être réalisée dans le même matériau qu'au moins un des joints d'étanchéité de la cellule. Dans ces deux cas, l'entretoise 32 est alors de préférence réalisée au cours de la même opération que la formation du joint, par exemple au cours de la même opération de coulage, de moulage ou de surmoulage que le joint d’étanchéité considéré, que ce joint d’étanchéité soit solidaire d’une des plaques monopolaires 13, de la MEA 200 ou que le joint considéré soit un joint libre.

Un empilement 211 , conforme à un mode de réalisation alternatif de l’invention, est représenté en figure 6.

Dans les modes de réalisation alternatifs de l’invention, les éléments analogues à ceux des autres modes de réalisation portent les mêmes références et fonctionnent de la même façon. Dans ce qui suit, on décrit principalement les différences entre chaque mode de réalisation et le ou les précédents.

Par rapport à l’empilement 11 du mode de réalisation précédent dans lequel les plaques bipolaires 12 sont formées de deux plaques monopolaires 13 soudées ou collées l’une à l’autre de manière étanche, le cas de l’empilement 211 représenté à la figure 6 est un exemple dans lequel chaque plaque bipolaire 12 est formée de deux plaques monopolaires 13 qui sont assemblées par simple effet de compression l’une contre l’autre, du fait de l’assemblage avec interposition d’un joint rapporté 230, qui est agencé entre les deux plaques monopolaires 13. Le joint rapporté 230 est représenté de manière schématique et non limitative par un rectangle en pointillés.

Dans l’exemple de la figure 6, pour chaque plaque bipolaire 12, les moyens de calage 30 comprennent trois entretoises 32, par exemple en matériau élastomère, notamment en silicone, deux des entretoises 32 étant disposées de part et d’autre de la zone complémentaire 24B de cette plaque bipolaire 12, respectivement sur la face anodique de la plaque bipolaire 12 et sur la face cathodique de la plaque bipolaire 12, tandis que la troisième entretoise 32 est agencée entre les deux plaques cathodique et anodique 13A et 13B formant cette plaque bipolaire 12, de préférence elle aussi dans la zone complémentaire de la plaque bipolaire 12. De préférence, les trois entretoises 32 sont alignées selon l’axe d’empilement A1 1 , de manière à reprendre les efforts de compression parallèles à l’axe d’empilement A11.

Un empilement 31 1 , conforme à un autre mode de réalisation de l’invention, est représenté en figure 7. Par rapport aux modes de réalisation précédents, dans le cas de l’empilement 311 représenté à la figure 7, les plaques monopolaires 13A et 13B de chaque plaque bipolaire 12 comprennent des renflements 332 qui s’étendent à distance du plan médian P12 associé à cette plaque bipolaire 12, ces renflements 332 étant ménagés dans la zone complémentaire 24B et prenant appui sur les poches 20 de la zone de connexion 24A en regard. Cheque renflement 332 forme un relief sur la face correspondante de la plaque bipolaire 12. Ainsi, les renflements 332 forment les moyens de calage 30. Pour chaque plaque bipolaire 12, les plaques monopolaires 13A et 13B associées sont ici soudées l’une à l’autre. Tout comme décrit plus haut, le dimensionnement des renflements 332 dans le sens de la direction d’empilement A1 1 ménage préférentiellement un jeu dimensionnel permettant d’accommoder les tolérances de fabrication et d’assemblages des cellules 12.

Les renflements 332 sont avantageusement formés conjointement à la formation des canaux 17, en particulier sont formés par estampage. Les renflements 332 sont ménagés d’une seule pièce avec chacune des plaques monopolaires 13A / 13B. Par extension, les moyens de calage 30 sont ici formés d’une seule pièce avec les plaques bipolaires 12, ce qui est économique et rapide à produire.

Un empilement 411 , conforme à un autre mode de réalisation de l’invention, est représenté en figure 8. Par rapport aux modes de réalisation précédents, en particulier par rapport à l’empilement 11 représenté notamment en figure 5, dans le cas de l’empilement 41 1 représenté à la figure 8, les entretoises 32 des moyens de calage 30 associés à chaque plaque bipolaire 12, et qui sont disposées respectivement sur la face anodique de la plaque bipolaire 12 sur la face cathodique de la plaque bipolaire 12, sont reliées l’une à l’autre par un pont de matière 434. Les moyens de calage 30 sont montés sur une tranche de la plaque bipolaire 12 concernée, plus précisément sur le bord complémentaires 27B de la plaque bipolaire 12 concernée, de sorte que les entretoise 32 sont situées de part et d’autre de la zone complémentaire 24B, c’est-à-dire sur chaque face de cette plaque bipolaire 12. Dans l’exemple illustré, le pont de matière 434 est une paroi flexible, qui relie l’une à l’autre les entretoises 32. De préférence, le point de matière 434 est réalisée par une paroi continue et recouvre l’ensemble du bord complémentaire 27B en regard de la zone de connexion 24A, de manière à isoler électriquement le bord complémentaire 27B du ou des rebords évasés 27A en regard.

De préférence, le pont de matière 434 est préformé, de manière à pincer légèrement le bord complémentaire 27B de la plaque bipolaire 12 et à maintenir les moyens de calage 30 en position sur la zone complémentaire 24B lors de l’assemblage de l’empilement 511 . Avantageusement, les moyens de calage 30 sont collés sur la plaque bipolaire 12.

En variante non représentée, la zone complémentaire 24B comprend des ouvertures, par exemple des perçages, tandis que les organes de calage 30 comprennent des excroissances de forme complémentaire à ces ouvertures, par exemple des ergots complémentaire aux perçages, les ouvertures et les excroissances complémentaires coopérant ensemble, par complémentarité de formes, de manière à faciliter le positionnement des organes de calage 30 lors de leur montage sur la zone complémentaire 24B correspondante.

Un empilement 51 1 , conforme à un autre mode de réalisation de l’invention, est représenté en figure 9. Par rapport aux modes de réalisation précédents, en particulier par rapport à l’empilement 11 représenté notamment en figure 5, dans le cas de l’empilement 51 1 représenté à la figure 9, les entretoises 32 sont fixées sur l’assemblage membrane- électrode 200 plutôt que sur les plaques monopolaires 13A / 13B. Dans l’exemple illustré, les entretoises 32 sont fixées au cadre de maintien 206 du MEA 200. Une fois l’empilement 51 1 formé, les entretoises 32 sont situées entre chaque zone de connexion 24A et la ou les zones complémentaires 24B en regard, formant les moyens de calage 30.

Dans l’exemple illustré, chaque entretoise 32 est positionnée d’un seul côté de l’assemblage membrane-électrode 200, de préférence du côté orienté vers la zone complémentaires 24B, ce qui permet de réduire le décalage, selon la direction d’empilement A1 1 , de la portion périphérique 202 de la MEA 200 par rapport au plan moyen P200, ce qui réduit les risques de déchirures de l’assemblage membrane-électrode 200. De préférence, chaque entretoise 32 est en appui sur une portion plane de la zone complémentaire 24B. Tout comme décrit plus haut, le dimensionnement des entretoises 32 dans le sens de la direction d’empilement A1 1 ménage avantageusement un jeu dimensionnel permettant d’accommoder les tolérances de fabrication et d’assemblages des cellules.

Un empilement 611 , conforme à un autre mode de réalisation de l’invention, est représenté en figure 10. Par rapport aux modes de réalisation précédents, en particulier par rapport à l’empilement 511 représenté notamment en figure 9, dans le cas de l’empilement 611 représenté à la figure 10, chaque entretoise 32 comprend deux demi- entretoises 33, qui sont fixées de part et d’autre de l’assemblage membrane-électrode 200, en correspondance l’une avec l’autre selon la direction d’empilement A11 , ce qui permet une meilleure répartition des efforts sur l’assemblage membrane-électrode 200 et réduit les risques de déchirures l’assemblage membrane-électrode 200.

En référence à la figure 11 a), pour chaque plaque bipolaire 12, la zone complémentaire 24B est située symétriquement à l’opposé de la zone de connexion 24A par rapport au centre C12 de cette plaque bipolaire 12. La zone de connexion 24A et la zone complémentaire 24B présentent chacune, en projection sur le plan médian P12, un profil.

Le profil de la zone de connexion 24A inclut donc le rebord évasé 27A, qui est ici vu de dessus, et qui forme une portion externe 33A du profil de la zone de connexion 24A. Dans l’exemple illustré, la zone de connexion 24A s’étend à proximité de l’une des ouvertures 101 de la plaque bipolaire 12, ici une des ouvertures 101 située en extrémité d’une des deux rangées de trois ouvertures 101 , la zone de connexion 24A formant une portion interne 34A du profil de la zone de connexion 24A.

De manière analogue, le profil de la zone complémentaire 24B inclut le bord complémentaire 27B, qui est ici vu de dessus, et qui forme une portion externe 33B du profil de la zone complémentaire 24B. La zone de complémentaire 24B s’étend à proximité de l’une des ouvertures 101 de l’autre rangée de trois ouvertures 101 , formant une portion interne 34B du profil de la zone complémentaire 24B.

De préférence, le profil interne de la zone de connexion 24A est symétrique, par rapport au centre C12, du profil interne de la zone complémentaire 24B. Ainsi, lorsque deux plaques bipolaires sont empilées tête-bêche, le profil interne de la zone de connexion 24A d’une première des deux plaques bipolaires 12 est superposé au le profil interne de la zone complémentaire 24B de l’autre plaque bipolaire 12.

De préférence, le profil externe de la zone de connexion 24A est symétrique, par rapport au centre C12, du profil externe de la zone complémentaire 24B. Les plaques monopolaires 13A et 13B sont ainsi faciles à fabriquer.

Dans l’exemple de la figure 11b), les zones de connexion 24A et complémentaire 24B sont agencées différemment par rapport à la plaque bipolaire 12 de la figure 1 1 a), les zones de connexion 24A et complémentaires 24B s’étendant à proximité de l’ouverture 101 du milieu de la rangée de trois ouvertures 101 correspondante.

Une variante avantageuse de la plaque bipolaire 12 est représentée en figure 12. Selon cette variante, un bord externe de chaque zone complémentaire 24B est situé en retrait du plan d’ouverture P28. Dans l’exemple illustré, la zone complémentaire 24B présente une encoche 34, de sorte que le profil externe 33B de la zone complémentaire 24B est situé en retrait du profil externe 33A de la zone de connexion 24A. La forme de l’encoche 34 n’est pas limitative Dans l’exemple illustré, chaque bord complémentaire 27B est parallèle à et à distance du plan d’ouverture P28. Pour chaque bord complémentaire 27B, on définit une distance D28 comme étant une distance minimale, parallèlement au plan médian P12, entre ce bord complémentaire 27B et le plan d’ouverture P28 en regard. Par extension, la distance D28 est aussi une distance entre chaque zone complémentaire 24B et le plan d’ouverture P28, autrement dit une distance entre chaque zone complémentaire 24B et les rebords évasés 27A.

Dans l’exemple de la figure 12, le profil externe 33B est rectiligne, aussi la distance D28 est simplement la distance entre le bord complémentaire 27B et le plan d’ouverture D28. Dans les modes de réalisation précédents, la distance D28 est nulle, ou sensiblement nulle.

Grâce à ce retrait, il est possible d’agrandir l’évasement des rebords évasés 27A, selon la direction d’empilement A11 , ce qui facilite l’insertion des broches 22 / 25, tout en conservant une distance minimale entre chaque rebord évasé 27A et le bord complémentaire 27B associé à ce rebord évasé 27A, réduisant les risques de court-circuit, notamment lors du branchement des modules 18.

Chaque bord complémentaire 27B est ainsi situé en retrait du plan d’ouverture 28, la distance D28 étant supérieure ou égale à 1 mm, de préférence encore supérieure ou égale à 2 mm, tout en étant de préférence inférieure à 5 mm.

Un autre aspect de l’invention est décrit en référence aux figures 13 à 15. On s’intéresse en particulier à l’étanchéité, au sein de chaque cellule 14, entre les plaques monopolaires 13 et l’assemblage membrane-électrode 200. L’empilement 11 est partiellement représentée sur la figure 13, une plaque monopolaire 13, ici une plaque cathodique 13A, et un assemblage membrane électrode 200 étant visibles.

Cette plaque cathodique 13A et l’assemblage membrane-électrode 200 font partie d’une cellule 14, qui comprend aussi un joint périphérique 300, dit aussi premier joint, qui est interposé entre la plaque polaire cathodique 13A et la MEA 200, suivant la direction d’empilement A11. Le joint périphérique 300 comprend une partie principale 301 et des ailettes 302. Le joint périphérique 300 est préférentiellement réalisé en un matériau élastomère, et imperméable au fluide cathodique utilisé dans la pile à combustible 10. Plus généralement, le joint périphérique 300 est imperméable à chacun des fluides de fonctionnement de la pile à combustible 10.

En référence à la figure 14b), pour chaque plaque anodique 13B, l’empilement 11 comprend un joint périphérique 300’, qui est interposé entre cette plaque anodique 13B et l’assemblage membrane-électrode 200 situé en regard de cette plaque anodique 13B. Les principes de l’invention décrits en relation avec les joints périphériques 300 associé aux plaques cathodiques 13A sont transposables aux joints périphériques 300’ associés aux plaques anodiques 13B. Dans la suite on décrit principalement les joints périphériques 300 associés aux plaques cathodiques 13A.

Dans l’exemple illustré, le premier joint périphérique 300 est formé sur la plaque polaire cathodique 13A, par exemple par surmoulage sur la plaque polaire cathodique 13A. Alternativement, le joint périphérique 300 est formé sur la MEA 200, voire est formé séparément de la plaque polaire cathodique 13A et de la MEA 200.

La partie principale 301 est un cordon de matière qui s’étend de manière continue et forme un contour fermé, autrement dit une boucle fermée qui, dans le présent exemple, s’étend le long de la zone périphérique 102, sur tout le pourtour de la plaque 13A. La partie principale 301 entoure le champ de circulation 103, les champs d’homogénéisation 104 s’ils sont prévus, et les ouvertures 101 desservant ce champ de circulation 103. Dans l’exemple illustré, la partie principale 301 présente une section en forme de trapèze, cette forme n’étant pas limitative. La partie principale 301 comprend deux portions longitudinales 301 A et 301 B, qui longent le champ de circulation 103 et qui s’étendent ici parallèlement à la direction longitudinale L.

Dans l’exemple illustré, la partie principale 301 du joint périphérique 300 entoure avantageusement toutes les ouvertures 101 de la plaque 13A. En variante non représentée, d’autres joints sont prévus autour des ouvertures 101 qui ne desservent pas le champ de circulation considéré.

Cependant, la partie principale 301 n’entoure ni la zone de connexion 24A, ni la zone complémentaire 24B.

Lorsque la plaque cathodique 13A et l’assemblage membrane-électrode 200 sont assemblés au sein de l’empilement 11 , la partie principale 301 s’étend en boucle fermée le long de la portion périphérique 202, ici le long du cadre de maintien 206, sur tout le pourtour de la portion périphérique 202. La partie principale 301 est interposée entre la zone périphérique 102 et la portion périphérique 202 selon la direction d’empilement A11 , de façon à obturer de façon étanche l’espace défini suivant la direction d’empilement A1 1 entre la zone périphérique 102 de la plaque cathodique 13A et la portion périphérique 202 de la MEA 200, sur tout le pourtour. La partie principale 301 entoure aussi la couche de diffusion de gaz 205, et la face de la membrane 204 tournée vers la plaque cathodique 13A.

Lorsque la plaque cathodique 13A et l’assemblage membrane-électrode 200 sont assemblés au sein de l’empilement 11 , la partie principale 301 , la plaque polaire cathodique 13A et la MEA 200 délimitent entre elle un compartiment 40, ici un compartiment cathodique. La partie principale 301 assure une étanchéité du compartiment cathodique 40 par rapport à l’extérieur de la cellule 14, notamment une zone externe 3 située par-delà la partie principale 301 vis-à-vis du compartiment cathodique 40. La zone de connexion 24A et la zone complémentaire 24B sont situées à l’extérieur du compartiment cathodique 40, les poches 20 restant accessibles pour leur connexion aux modules 18. Chaque cellule 14 comprend donc deux compartiments 40, qui sont associés respectivement à la plaque cathodique 13A et à la plaque anodique 13B délimitant cette cellule 14.

La partie principale 301 du premier joint périphérique 300 comprend deux surfaces longitudinales internes 303 opposées, disposées chacune transversalement de part et d’autre du champ de circulation 103, chaque surface longitudinale interne 303 s’étendant sur une portion longitudinale 301 A ou 301 B de la partie principale 301 , en étant tournée en direction du champ de circulation 103. Chaque surface longitudinale interne 303 relie la zone périphérique 102 de la plaque polaire cathodique 13A à la portion périphérique 202 de la MEA 200 suivant la direction d’empilement A1 1 .

Chaque compartiment cathodique 40 inclut deux portions appelées « zones de bipasse 50 » - ou by-pass en anglais -, qui s’étendent entre le joint périphérique 300 et le champ de circulation 103 et qui relient les ouvertures 101 desservant ce champ de circulation 103. En particulier, chaque zone de bipasse 50 s’étend entre une portion longitudinale 301 A ou 301 B respective et le champ de circulation 103. Schématiquement, chaque zone de bipasse 50 correspond à un chemin de contournement autour du champ de circulation 103, que suit le fluide réactif entre les deux ouvertures 101 desservant ce champ de circulation 103.

Chaque zone de bipasse 50 est délimitée, suivant la direction d’empilement A1 1 , entre la plaque polaire cathodique 13A et la MEA 200, et est délimitée, suivant la direction transversale T, entre, d’une part le champ de circulation 103 et la couche de diffusion de gaz 205 et, d’autre part, la partie principale 301 du joint périphérique 300, pour une portion de cette partie principale 301 qui s’étend suivant la direction longitudinale L. Chaque zone de bipasse 50 s’étend, suivant la direction longitudinale L, le long du champ de circulation 103, voire même, d’un champ d’homogénéisation 104 à l’autre. Le champ de circulation 103 s’étend entre les deux zones de bipasse 50 suivant la direction transversale T.

Les ailettes 302 ont pour fonction de réduire, voire d’empêcher une circulation de fluide réactif suivant la direction longitudinale L dans les zones de bipasse 50. Pour ce faire, chaque ailette 302 obture au moins en partie une section transversale de la zone de bipasse 50 qu’elle occupe, la section transversale étant prise perpendiculairement à la direction longitudinale L. Les ailettes 302 se répartissent le long de la partie principale 301 du joint 300, dans l’une ou l’autre, ou les deux, zones de bipasse cathodiques 50. Chaque ailette 302 est rattachée à l’une des surfaces internes 303 de la partie principale 301 . Dans l’exemple illustré, les ailettes 302 s’étendent en saillie depuis chacune des portions longitudinales 301 A et 301 B de la partie principale 301. Chaque ailette 302 s’étend depuis la surface interne 303, globalement selon la direction transversale T, et en direction du champ de circulation 103. De préférence, les ailettes 302 sont formées d’un seul tenant avec la partie principale 301 .

Chaque ailette 302 comprend, successivement et à partir de la partie principale 301 , une partie de jonction 304, une partie intermédiaire 305 et une partie extrémale 306.

Chaque ailette 302 est, dans les exemples illustrés, avantageusement en forme de muret qui présente, dans le plan un allongement dans le plan médian P12 entre sa partie de jonction 304 et sa partie extrémale 306, cet allongement présentant un profil de ligne rectiligne, de ligne brisée, de courbe, ou un profil constitué par une combinaison d’une ou plusieurs lignes rectilignes et/ou d’une ou plusieurs lignes brisées, et/ou d’une ou plusieurs courbes.

L’ailette 302 est raccordée à la partie principale 301 par l’intermédiaire de la partie de jonction 304, laquelle s’étend à partir de la surface interne 303. Dans le présent exemple, la partie de jonction 304 est rectiligne et sa projection sur le plan médian P12 est perpendiculaire à la direction longitudinale L, c’est-à-dire parallèle à la direction transversale T. La partie de jonction 304 est interposée selon la direction d’empilement A1 1 entre la zone périphérique 102 de la plaque polaire 13 et la portion périphérique 202 de la MEA 200.

La partie intermédiaire 305 de l’ailette 302 est rattachée à la partie de jonction 304, en la prolongeant en direction du champ 103. Dans le présent exemple, la partie intermédiaire 305 est rectiligne et sa projection sur le plan médian P12 est oblique par rapport à la direction longitudinale L. La partie intermédiaire 305 est interposée selon la direction d’empilement A1 1 entre la zone périphérique 102 et la portion périphérique 202. En variante, on peut prévoir que la partie intermédiaire 305 est parallèle à la direction longitudinale L, c’est-à-dire parallèle à la partie principale 301 . Plus généralement, la partie intermédiaire 305 est inclinée par rapport à la direction transversale T, c’est-à-dire inclinée par rapport à une direction orthogonale à la portion longitudinale 301 A ou 301 B à laquelle l’ailette 302 correspondante est rattachée.

La partie extrémale 306 de l’ailette 302 est rattachée à la partie intermédiaire 305, en la prolongeant en direction du champ 103. La partie extrémale 306 termine l’ailette 302. Dans le présent exemple, la partie extrémale 306 est rectiligne et sa projection sur le plan médian P12 est perpendiculaire à la direction longitudinale L, c’est-à-dire est parallèle à la direction transversale T. Au moins une portion de la partie extrémale 306 de l’ailette 302, dite portion de contact 307 et incluant une extrémité libre de l’ailette 302, est interposée entre la couche de diffusion de gaz 205 et la zone périphérique 102 selon la direction d’empilement A11 . Éventuellement, une autre portion de la partie extrémale 306, par laquelle la partie extrémale 306 est rattachée à la partie intermédiaire 305, est interposée entre la zone périphérique 102 et la portion périphérique 202.

Dans l’exemple illustré, la partie extrémale 306 et la partie intermédiaire 305 forment entre elles un angle avantageusement compris entre 1 10° et 150°, ici un angle de 120°. La partie intermédiaire 305 et la partie de jonction 304 forment entre elles un angle avantageusement compris entre 110° et 150°, ici un angle de 120°.

Comme montré en figure 14b), la portion de contact 307 de l’ailette 302 est élastiquement déformée, en compression suivant la direction d’empilement A11 , entre la couche de diffusion de gaz 205 et la zone périphérique 102. La portion de contact 307 étant ainsi comprimée, elle présente une épaisseur, mesurée suivant la direction d’empilement A1 1 , qui est inférieure à celle du reste de l’ailette 302, notamment à celle de la partie de jonction 304 et de la partie intermédiaire 305. À l’état non déformé de l’ailette 302, on peut prévoir que la portion 307 présente initialement la même épaisseur suivant la direction d’empilement A1 1 que le reste de l’ailette 302. Cette déformation en compression de la portion de contact 307 peut aussi déformer la partie intermédiaire 305. Comme illustré, la partie intermédiaire 305 reprend cette déformation de la partie extrémale 306 en se vrillant légèrement. Le fait que la partie intermédiaire 305 soit inclinée par rapport à la direction transversale T évite que des contraintes mécaniques, liées à l’aplatissement de la zone de contact 307 entre la couche 205 et la zone périphérique 102, soient appliquées sur la partie principale 301 , ce qui nuirait à l’étanchéité du joint périphérique 301 et/ou à sa longévité.

Dans certaines conditions d’utilisation de la pile à combustible 10, notamment lors de démarrage à froid de la pile à combustible 10, il arrive que de la vapeur d’eau se condense en eau liquide au sein des compartiments 40. Lorsque la pile à combustible 10 est en cours d’utilisation, par exemple dans un véhicule, l’empilement 11 est généralement agencé couché, c’est à dire que la direction d’empilement A1 1 est sensiblement horizontale - lorsque le véhicule repose sur une surface horizontale -, tandis que direction transversale T de l’empilement est sensiblement verticale. Les deux portions longitudinales 301 A et 301 B sont alors horizontales, une des portions longitudinales 301A/301 B du joint périphérique 301 étant située au-dessus de l’autre portion longitudinale 301 B / 301 A du joint périphérique 301. Dans l’exemple illustré sur les figures 13 et 15a), la portion longitudinale 301 A du joint périphérique 301 , sur le bas de la figure 13, est située en dessous de l’autre portion longitudinale 301 B du même joint périphérique 301. L’eau de condensation a alors tendance à s’accumuler contre celle des portions longitudinales 301 A ou 301 B du joint périphérique 301 qui se retrouve en bas.

Dans l’exemple des figures 13 et 15a), la plaque cathodique 13A est visible, et le fluide cathodique est supposer circuler de l’une des ouvertures 101 situées sur la gauche de la figure 13 vers une des ouvertures 101 situées sur la droite de la figure 13. Par exemple, le fluide réactif circule de l’ouverture 101 située en haut à gauche de la plaque cathodique 13A vers l’ouverture 101 située en bas à droite. Ainsi le fluide réactif circule le long des zones de bipasse 50 globalement dans le même sens, ici vers la droite selon la direction longitudinale L. La circulation du fluide réactif le long des zones de bipasse 50 est représentée schématiquement par deux flèches 51 A et 51 B sur la figure 15a).

Les ailettes 302 de la portion longitudinale 301 A du bas sont avantageusement orientées dans le sens de l’écoulement du fluide réactif circulant le long de la zone de bipasse 50 associée à cette portion longitudinale 301 A du bas, de manière à faciliter l’évacuation de l’eau de condensation, entraînée par le fluide réactif. Autrement dit, , les ailettes 302 de la portion longitudinale 301 A du bas sont inclinées dans le même sens par rapport à la direction transversale T, dans le sens de l’écoulement du fluide réactif.

D’autre part, comme mentionné précédemment, deux plaques bipolaires 12 consécutives de l’empilement 11 sont empilées tête-bêche. En référence aux figures 13 et 15a), cela revient à prendre une première plaque bipolaire 12 dans la même orientation que représenté sur ces figures, puis prendre une deuxième plaque bipolaire 12 tournée à 180° autour de la direction d’empilement A11 - ce qui revient à faire une symétrie par rapport au centre C12 -. Autrement dit, la portion longitudinale 301 B, représentée en haut sur les figures 13 et 15a), se retrouve en bas - cette configuration n’étant pas représentée -.

Avantageusement, pour chaque joint périphérique 301 , les ailettes 302 rattachées à des portions longitudinales 301 A, 301 B opposées sont inclinées dans des sens opposés par rapport à la direction transversale T, de sorte que même lorsque les plaques bipolaires 12 sont agencées tête-bêche, les ailettes 302 de la portion longitudinale 301 A ou 301 B qui se retrouve en bas sont inclinées dans le sens d’écoulement du fluide réactif. Ainsi les ailettes 302 rattachée à la portion longitudinale 301 B du haut sont inclinées, par rapport à l’axe transversal T, dans le sens opposé de l’écoulement du fluide réactif.

Les deux faces opposées d’une même plaque bipolaire 12 sont respectivement représentée sur les inserts a) et b) de la figure 15, la plaque cathodique 13A étant représentée à l’insert a), tandis que la plaque anodique 13B est représentée sur l’insert b). Autrement dit, entre les inserts a) et b), la même plaque bipolaire 12 est retournée, par rotation de 180° autour de l’axe transversal T, qui est vertical sur la figure 15. Les principes de l’invention définis en référence à la plaque cathodique 13A de la figure 15a) sont bien entendu valables pour la plaque anodique 13B de la figure 15b), c’est- à-dire que les ailettes 302 de la portion longitudinale du bas - ici la portion longitudinale 301 B -sont inclinées, par rapport à l’axe transversal T, dans le même sens que le sens d’écoulement du fluide réactif associé à cette plaque anodique 13B. Ainsi les ailettes 302 appartenant à une même portion longitudinale 301 A ou 301 B sont inclinées dans le même sens par rapport à la direction transversale T.

On comprend que le sens d’inclinaison des ailettes 302 appartenant à la portion longitudinale 301 A du bas est choisi en fonction du sens de l’écoulement du fluide réactif le long de la zone bipasse 50 correspondante. Dans l’exemple illustré, les écoulements de fluides réactifs sont croisés des deux côtés de chaque plaque bipolaire 12, ce qui fait que lorsque les plaques polaires 13A et 13B sont vues de face, les écoulements sont représentés dans le même sens, à l’image des figures 15a) et b).

Avantageusement, pour le joint périphérique 301 de la plaque anodique 13B, les ailettes 302 appartenant à des portions longitudinales 301 A / 301 B opposées sont inclinées dans des sens opposéspar rapport à la direction transversale T.

Des joints périphériques 300 comprenant des ailettes 302’ et 302” de deux types alternatifs sont respectivement représentés sur les figures 16a) et 16b). Comme précédemment, on suppose que le fluide réactif s’écoule de la gauche vers la droite.

Sur la figure 16a), par rapport aux ailettes 302 décrites précédemment, la partie extrêmale 306 est alignée avec la partie intermédiaire 305, c’est-à-dire que l’ensemble formé par la réunion de la partie intermédiaire 305 et la partie extrêmale 306 est incliné par rapport à la direction transversale T. Les ailettes 302 de la portion longitudinale 301 A du bas sont inclinées dans le sens de l’écoulement du fluide réactif, tandis que les ailettes 302 rattachée à la portion longitudinale 301 B du haut sont inclinées dans le sens opposé de l’écoulement du fluide réactif.

Sur la figure 16b), par rapport aux ailettes 302 décrites précédemment, la partie de jonction 304 est alignée avec la partie intermédiaire 305, c’est-à-dire que l’ensemble formé par la réunion de la partie intermédiaire 305 et la partie de jonction 304 est incliné par rapport à la direction transversale T. Les ailettes 302 de la portion longitudinale 301 A du bas sont inclinées dans le sens de l’écoulement du fluide réactif, tandis que les ailettes 302 rattachée à la portion longitudinale 301 B du haut sont inclinées dans le sens opposé de l’écoulement du fluide réactif.

Les modes de réalisation et les variantes mentionnées ci-dessus peuvent être combinés entre eux pour générer de nouveaux modes de réalisation de l’invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Empilement (11 ; 21 1 ; 611 ) de pile à combustible (10), l’empilement comprenant : plusieurs plaques bipolaires (12), qui sont identiques les unes aux autres, qui s’étendent chacune selon un plan médian (P12) et qui sont empilées dans une direction d'empilement (A11 ) orthogonale au plan médian, deux plaques bipolaires (12) consécutives formant entre elles une cellule (14) de l’empilement, dans lequel : chaque plaque bipolaire (12) est formée par deux plaques monopolaires (13A, 13B), qui sont superposées et qui forment ensemble au moins une poche (20) à une extrémité (21 ) de la plaque bipolaire (12), chaque poche (20) présentant une ouverture d’extrémité (28) configurée pour recevoir une broche (22) d’un module (18) de mesure de la pile à combustible, deux plaques bipolaires (12) successives quelconques sont empilées tête bêche.

2. Empilement (1 1 ; 211 ; ... ; 61 1 ) selon la revendication 1 , dans lequel : chaque poche (20) débouche par l’ouverture d’extrémité (28) selon une direction de connexion (D20), qui est parallèle à une direction longitudinale (L) de l’empilement (11), la direction longitudinale étant orthogonale à la direction d’empilement (A11), pour deux plaques bipolaires (12) consécutives quelconques, la direction de connexion (D20) de chaque poche (20) de l’une des deux plaques bipolaires est orientée à l’opposé de la direction de connexion de chaque poche de l’autre plaque bipolaire.

3. Empilement (1 1 ; 21 1 ; ... ; 611 ) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel : chaque plaque bipolaire (12) comprend une zone de connexion (24A), où est ménagée la au moins une poche (20) de cette plaque bipolaire, et une zone complémentaire (24B), qui est située à l’opposé de la zone de connexion (24A) par rapport à un centre (C12) de cette plaque bipolaire (12), pour deux plaques bipolaires (12) consécutives quelconques, la zone de connexion (24A) de l’une des deux plaques bipolaires est agencée en regard de la zone complémentaire (24B) de l’autre plaque bipolaire selon la direction d’empilement (A11), l’empilement comprend aussi des moyens de calage (30), qui sont interposés entre chaque zone de connexion (24A) et la zone complémentaire (24B) en regard, de manière à limiter les déformations de chaque poche (20) de cette zone de connexion lorsque la broche (22) associée à cette poche est insérée dans cette poche.

4. Empilement (311 ) selon la revendication 3, dans lequel : les zones complémentaires (24B) comprennent des renflements (332) qui sont ménagées en saillie sur les plaques polaires (13A, 13B) et qui s’étendent vers les zones de connexion (24A) en regard, de manière à limiter les déformations de chaque poche (20) de cette zone de connexion lorsque la broche (22) associée à cette poche est insérée dans cette poche, formant les moyens de calage (30).

5. Empilement (1 1 ; 211 ; 41 1 ; ... ; 611 ) selon la revendication 3, dans lequel : les moyens de calage (30) comprennent des entretoises (32), qui sont interposées entre chaque zone de connexion (24A) et la zone complémentaire (24B) en regard, chaque entretoise (32) est fixée à la zone complémentaire (24B).

6. Empilement (1 1 ; 211 ) selon la revendication 5, dans lequel : chaque plaque bipolaire (12) comprend une face externe anodique et une face externe cathodique, pour une plaque bipolaire (12) donnée, la zone complémentaire (24B) de cette plaque bipolaire comporte une entretoise (32) fixée sur la face anodique de cette plaque bipolaire (12) et une entretoise (32) fixée sur la face cathodique de cette plaque bipolaire (12).

7. Empilement (21 1 ) selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel : chaque plaque bipolaire (12) comprend une face externe anodique et une face externe cathodique, pour une plaque bipolaire (12) donnée, les moyens de calage (30) comprennent trois entretoises (32), deux des entretoises (32) étant disposées de part et d’autre de la zone complémentaire (24B) de cette plaque bipolaire (12), respectivement sur la face anodique de la plaque bipolaire (12) et sur la face cathodique de la plaque bipolaire (12), tandis que la troisième entretoise (32) est agencée entre les deux plaques monopolaires (13A, 13B) formant cette plaque bipolaire (12).

8. Empilement (411 ) selon l’une quelconque des revendication 5 à 7, dans lequel : les moyens de calage (30) comprennent des entretoises (32), qui sont interposées entre chaque zone de connexion (24A) et la zone complémentaire (24B) en regard, pour chaque plaque bipolaire (12), les moyens de calage (30) associés à cette plaque comprennent des ponts de matière (434), qui relient les entretoises (32) entre elles, les moyens de calage sont montés sur une tranche (27B) de la plaque bipolaire (12) concernée, de sorte que les entretoise(32) sont situées de part et d’autre de la zone complémentaire (24B).

9. Empilement (511 ; 61 1 ) selon la revendication 3, dans lequel : les moyens de calage (30) comprennent des entretoises (32), qui sont interposées entre chaque zone de connexion (24A) et la zone complémentaire (24B) en regard, l’empilement comprend aussi des assemblages membrane-électrode (200), qui sont chacun reçus entre deux plaques bipolaires (12) consécutives et qui s’étendent entre les zones de connexion (24A) et les zones complémentaires (24B) en regard associées à ces deux plaques bipolaires, certaines des entretoises (32) sont fixées aux assemblages membrane- électrode (200).

10. Empilement (1 1 ; 211) selon l’une quelconque des revendications 5 à 9, dans lequel les entretoises (32) sont réalisées en un matériau élastomère.

11. Empilement (1 1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : chaque plaque bipolaire (12) comprend une zone de connexion (24A), où est ménagée la au moins une poche (20) de cette plaque bipolaire, et une zone complémentaire (24B), qui est située à l’opposé de la zone de connexion (24A) par rapport à un centre (C12) de cette plaque bipolaire (12), pour deux plaques bipolaires (12) consécutives quelconques, la zone de connexion (24A) de l’une des deux plaques bipolaires est agencée en regard de la zone complémentaire (24B) de l’autre plaque bipolaire selon la direction d’empilement (A1 1 ), les zones de connexion (24A) sont réparties en deux rangées (23), les deux rangées s’étendant selon la direction l’empilement (A11), pour chaque rangée, les ouverture d’extrémité (28) des poches (20) de cette rangée sont géométriquement portées par un plan d’ouverture (P28), qui est parallèle à l’axe d’empilement (A11 ), tandis les zones complémentaires (24B) associées aux zones de connexion (24A) de cette rangée sont ménagées en retrait du plan d’ouverture (28), à une distance (D28) du plan d’ouverture (P28) comprise entre 1 mm et 5 mm, de préférence supérieure ou égale à 2 mm.

12. Empilement (1 1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, pour au moins une cellule (14) de l’empilement, cette cellule comprend : une première plaque polaire (13A), qui comporte :

• une zone périphérique (102), et

• un champ de circulation (103) d’un fluide réactif, entouré par la zone périphérique (102), un assemblage membrane-électrode (200), qui est superposé à la première plaque polaire (13A) selon la direction d’empilement (A1 1 ), et qui comprend :

• une portion périphérique (202 ; 402), en regard de la zone périphérique (102) suivant la direction d’empilement (A1 1 ),

• une portion centrale (203) comprenant une membrane polymère échangeuse de protons (204), encadrée par la portion périphérique (202 ; 402), et

• au moins une couche de diffusion de gaz (205), qui est interposée, selon la direction d’empilement (A11 ), entre la membrane polymère échangeuse de protons (204) et le champ de circulation (103) de la première plaque polaire (13A), et un premier joint périphérique (300), comprenant :

• une partie principale (301 ) interposée, selon la direction d’empilement (A11 ), entre la zone périphérique (102) et la portion périphérique (202) de l’assemblage membrane-électrode (200), la partie principale entourant le champ de circulation (103) et la couche de diffusion de gaz (205) associée à ce champ de circulation, la partie principale assurant une étanchéité au fluide réactif entre, d’une part, un compartiment (40) de la cellule (14) délimité à l’intérieur de la cellule (14), entre la portion périphérique (202 ; 402) de l’assemblage membrane-électrode (200) et la zone périphérique (102) et, d’autre part, une zone externe à la cellule (14) par-delà la partie principale (301 ) vis-à-vis du compartiment (40), et

• des ailettes (302), qui s’étendent depuis la portion principale dans le compartiment, dans lequel : la partie principale (301 ) comprend deux portions longitudinales (301 A, 301 B), qui s’étendent chacune parallèlement à une direction longitudinale (L) orthogonale à la direction d’empilement (A11), qui longent le champ de circulation (103) et qui sont agencées de part et d’autre du champ de circulation, le compartiment (40) incluant deux zones de bipasse (50), qui sont chacune délimitées entre, d’une part, une portion longitudinale respective et, d’autre part, le champ de circulation (103) et la couche de diffusion de gaz (205) associée à ce champ de circulation, pour chaque portion longitudinale, au moins une ailette (302 ; 302’ ; 302”) s’étend depuis cette portion longitudinale dans la zone de bipasse (50) correspondante, chaque ailette comprend :

• une partie de jonction (304), par l’intermédiaire de laquelle cette ailette est rattachée à la portion longitudinale (301 A, 301 B) correspondante,

• une partie extrémale (306), interposée selon la direction d’empilement (A1 1) entre la couche de diffusion de gaz (205) et la zone périphérique (102), et

• une partie intermédiaire (305), reliant la partie de jonction (304) à la partie extrémale (306), la partie intermédiaire (305) étant inclinée, en projection dans le plan médian (P12), par rapport une direction transversale (T), qui est orthogonale à la direction d’empilement (A11) et à la direction longitudinale (L), pour chaque portion longitudinale, la ou les ailettes rattachées à cette portion longitudinales sont inclinées dans le même sens par rapport à la direction transversale (T), lorsque l’empilement est en configuration d’utilisation, les ailettes rattachées à celle des portions longitudinales située sur le bas sont inclinées dans même sens qu’un écoulement d’un fluide réactif associé à cette première plaque polaire (13A).

13. Empilement (11) selon la revendication précédente, dans lequel pour chaque joint périphérique, les ailettes (302 ; 320’ ; 302”) rattachées à des portions longitudinales (301 A, 301 B) opposées sont inclinées dans des sens opposés par rapport à la direction transversale (T).

14. Pile à combustible (10), comprenant : un empilement (11 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes deux plaques terminales (16) de part et d'autre de l'empilement (11 ), une pluralité de modules de mesure (18), chacun configurés pour mesurer des caractéristiques électriques des cellules (14), chaque module (18) comprenant des broches (22), qui sont chacune connectée à une poche (20) respective.

15. Véhicule comprenant au moins une pile à combustible (10) selon la revendication précédente.