Brevet FR3058268A1 — publié le 20180504

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de régulation pour dispositif de génération d'électricité par pile à combustible. Plus précisément, elle concerne un procédé de régulation servant à réguler ou contrôler un dispositif de génération d'électricité comprenant un générateur à pile à combustible à membrane d'échange de protons interposé sur un circuit anodique et un circuit cathodique, et dont au moins un premier circuit parmi le circuit anodique et le circuit cathodique comprend : - un premier organe de régulation amont et un premier organe de régulation aval, interposés sur le premier circuit, respectivement en amont et en aval du générateur à pile à combustible, chacun étant apte à faire varier ou moduler un débit dans le premier circuit en fonction d'une commande qui lui est transmise ; - un premier capteur de débit et un premier capteur de pression, configurés pour mesurer respectivement un débit et une pression dans le premier circuit. Le circuit anodique est généralement un circuit de circulation d'hydrogène. Le circuit cathodique est un circuit de circulation pour le 20 fluide oxydant, qui peut être de l'oxygène ou plus fréquemment de l'air. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Dans un tel dispositif de génération d'électricité, il est nécessaire de maintenir le rendement le plus élevé possible et cela quelles que soient les conditions d'alimentation et d'environnement. Pour cela, il est préférable 25 de maintenir la pression et le débit, au moins dans l'un des circuits anodique et cathodique, ou de préférence dans ces deux circuits simultanément, dans des plages de valeurs prédéterminées souhaitées. Les conditions d'alimentation et d'environnement du dispositif peuvent varier pour différentes raisons. Par exemple dans les applications 30 aéronautiques, la pression extérieure au dispositif est susceptible de varier fortement et ainsi de faire varier fortement la pression et/ou le débit dans les circuits. Un autre facteur susceptible de produire de fortes variations de la pression et/ou du débit tient au fait que l'alimentation en fluide peut être faite à partir de réservoirs de fluide (réservoir d'hydrogène ou 35 d'oxygène liquide, par exemple) : la pression et la température dans ce(s) réservoir(s) sont susceptibles de varier fortement pendant l'exploitation du 3058268 2 dispositif. Enfin, les conditions d'usage de la pile et/ou les variations d'intensité du courant produit par la pile induisent des variations de masse de fluide et par conséquent des variations de pression. Il est donc nécessaire de réguler la pression et le débit dans le 5 premier circuit, et si possible de préférence dans les deux circuits. La régulation effectuée doit permettre en outre, de préférence, de permettre la purge du circuit, et la coupure de l'alimentation dans l'un et/ou l'autre circuit(s). Enfin, cette régulation doit être suffisamment réactive pour permettre une régulation de la pression et du débit dans le dispositif qui 10 soit en phase avec les besoins de fourniture de puissance électrique attendus du dispositif. PRESENTATION DE L'INVENTION Pour permettre de réaliser une telle régulation, suivant un premier aspect de l'invention il est proposé un procédé de régulation pour 15 dispositif de génération d'électricité par pile à combustible, ledit dispositif comprenant un générateur à pile à combustible à membrane d'échange de protons interposé sur un circuit anodique et un circuit cathodique ; au moins un premier circuit parmi le circuit anodique et le circuit 20 cathodique comprenant : - un premier organe de régulation amont et un premier organe de régulation aval, interposés sur le premier circuit, respectivement en amont et en aval du générateur à pile à combustible, chacun étant apte à faire varier le débit dans le premier circuit en fonction d'une commande qui lui 25 est transmise ; - un premier capteur de débit et un premier capteur de pression, configurés pour mesurer respectivement un débit et une pression dans le premier circuit ; le procédé comportant les étapes suivantes : 30 a) on fournit une valeur souhaitée CONS, dite consigne, comprenant au moins le débit et la pression dans le premier circuit ; b) à l'aide d'un ordinateur, on calcule une valeur de la commande U à appliquer auxdits premiers organes de régulation pour maintenir le débit et la pression dans le premier circuit au voisinage de la valeur de 35 consigne, en résolvant une équation (T) en utilisant des valeurs de variables d'état X fournies par un système d'équations (S) ; 3058268 3 les variables d'état X décrivant l'état au moins du premier circuit, le système d'équations (S) étant un système d'équations différentielles représentant une dynamique de réponse au moins du premier circuit, 5 le système d'équations (S) permettant de calculer l'évolution dans le temps des valeurs desdites variables d'état X en fonction d'échanges réalisés par le premier circuit et de commandes U transmises aux organes de régulation, le système d'équations (S) incluant une première équation (S1) et 10 une deuxième équation (S2) de la forme : (S1) X(k+1) = f(X(k), U(k)) (S2) Y(k+1) = g(X(k), U(k)), où : X(k) est un vecteur de valeurs estimées desdites variables d'état à un instant k, et 15 Y(k) est un vecteur comprenant des valeurs (P,Q) d'une pression et d'un débit dans le premier circuit (100) ; f et g sont des fonctions ; l'équation (T) étant de la forme : (T) U(k) = h(CONS, MES_REG, X(k)), où : h est une fonction, MES_REG est une valeur mesurée du vecteur Y, CONS est le vecteur de consigne comprenant les valeurs souhaitées pour le vecteur Y, et k est un indice représentant l'instant considéré ; le procédé se caractérisant en ce que l'intensité du courant délivré par le générateur à pile à combustible est mesurée, et que la fonction f de l'équation (S1) est fonction de l'intensité mesurée. L'intensité mesurée constitue une mesure des échanges réalisés par le premier circuit. Dans ce procédé, l'intensité I du courant délivré par le générateur à pile à combustible est mesurée, et le système S inclut une équation suivant laquelle l'évolution de l'état du premier circuit dépend de l'intensité de courant mesurée. L'expression « organe de régulation » désigne ici notamment un régulateur de débit, ou encore une vanne, ou tout autre équipement similaire apte à faire varier le débit dans le circuit. Si l'organe de 35 régulation est une vanne, la commande U définissant la commande que 3058268 4 l'on souhaite appliquer au circuit est, en ce qui concerne cette vanne, une commande d'ouverture de la vanne. Le vecteur de commande U définit une commande que l'on souhaite appliquer à la ligne. Cette commande se compose naturellement 5 d'une série de commandes transmises au fil du temps ; le procedé a vocation naturellement a être exécuté de manière itérative. Chacune de ces commandes est un vecteur comprenant au moins une valeur de commande pour l'organe de régulation amont et une valeur de commande pour l'organe de régulation aval. 10 Le programme informatique ou solveur qui est exécuté pour réaliser l'étape b), durant laquelle la valeur de la commande U à appliquer est calculée, est appelé 'correcteur'. L'équation (T) exprime le vecteur de commande U(k) en fonction d'un vecteur mesuré MES_REG(k) des variables que l'on cherche à 15 contrôler ou réguler et qui constituent le vecteur Y (comprenant au moins la pression et du débit dans le premier circuit), ainsi que d'un vecteur de consigne CONS(k) constitué par les valeurs souhaitées pour ces variables. De plus, dans l'équation (T) en général la commande U(k) est également en fonction de sa ou ses valeurs antérieures, comme par 20 exemple U(k-1), ce qui permet de prendre en compte la connaissance du ou des instants passés. L'équation (T) peut être simple : par exemple elle peut définir que la commande est une fonction de la différence (MES_REG - CONS) entre la mesure régulée et la commande, par exemple proportionnelle à cette 25 différence ; ou plus généralement, elle peut être une fonction de ces deux grandeurs MES_REG et CONS. Les échanges du premier circuit peuvent être des échanges de matière, d'énergie ou autre, affectant le fonctionnement du premier circuit. 30 En plus d'une valeur de pression et de débit dans le premier circuit, les variables d'état X peuvent inclure une ou plusieurs autres variables de type pression, débit, ainsi que masse volumique, température, ainsi que d'autres paramètres, ainsi que des dérivées ou dérivées multiples de ces grandeurs (dérivées par rapport au temps). Les variables d'état peuvent être mesurables (comme les pressions et les débits) ou non, mesurées ou non. 3058268 5 Conformément à l'invention, dans le procédé l'étape b) de calcul de la commande à appliquer aux premiers organes de régulation est optimisée grâce au fait que l'intensité du courant (1(k)) délivré par le générateur à pile à combustible est prise en compte lors de la résolution 5 du système d'équations S. Par suite, les valeurs des commandes transmises aux organes de régulation peuvent être optimisées. L'étape b) de calcul de la commande à appliquer aux premiers organes de régulation peut notamment reposer sur des méthodes connues de détermination de commandes par résolution de systèmes d'équation 10 modélisant la dynamique de réponse du système considéré (dans le cas présent, ce système peut être le premier circuit, ou un système plus large comprenant le premier circuit, notamment le générateur à pile à combustible dans son ensemble. Différents modes de mise en oeuvre de l'invention sont envisageables, notamment en ce qui concerne l'étape b). 15 Dans un mode de mise en oeuvre, l'équation S1 est de la forme : (S1) X (k+1) = C X (k) + D U (k) où les termes C et D sont des fonctions ou des matrices. A l'étape b), la relation (T) exprimant le vecteur de commande U(k) 20 en fonction de la valeur mesurée MES_REG et de la consigne CONS peut prendre différentes formes. Dans un mode de mise en oeuvre, à l'étape b), l'équation (T) est de la forme : (T) U(k) = M1 CONS - M2 MES_REG - N X(k), 25 dans laquelle M1 et M2 sont des matrices. Par exemple, les matrices M1 et M2 peuvent être égales. D'autre part, les matrices M1 et M2 sont de préférence unitaires. Les matrices Ml, M2 et N peuvent être déterminées de différentes manières, par exemple par modèle interne prédictif, par la méthode LQG 30 (de l'Anglais "Linear-Quadratic-Gaussian"), ou par toute autre méthode adaptée. Lorsque les termes C et D intervenant dans l'équation (S1) sont des matrices, les matrices Ml, M2 et N peuvent être déterminées en fonction des paramètres C et D. 35 Notamment, dans un mode de mise en oeuvre les matrices Ml, M2 et N sont déterminées par les équations suivantes : 3058268 6 MI = M2 = [C - (AT - I)B11 (1-aT) et N=[C(A-I)_1 (AT - I) C (AT -I) 5 où a est un paramètre scalaire, T est un entier au moins égal à 2, et I est la matrice identité. La qualité de la régulation réalisée grâce au procédé selon 10 l'invention peut être encore améliorée en mesurant et en prenant en compte des variables supplémentaires. Ainsi par exemple, dans un mode de mise en oeuvre une température du générateur à pile à combustible est mesurée, et la fonction f de l'équation S1 est également fonction de la température 15 mesurée. Un autre moyen pour améliorer la qualité de la régulation consiste à prendre en compte non pas seulement le premier circuit, mais les deux circuits. Ainsi dans un mode de mise en oeuvre, le système d'équations (S) 20 et l'équation (T) concernent les deux circuits du générateur à pile à combustible ; et chacun parmi les vecteurs X, Y, U, CONS et MES_REG comprend les valeurs à la fois pour le premier et pour le deuxième circuit. Dans un mode particulier de réalisation, les différentes étapes du procédé de régulation défini précédemment sont déterminées par des 25 instructions de programmes d'ordinateurs. En conséquence, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en oeuvre dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé de 30 régulation tel que défini précédemment lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une 35 forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable. 3058268 7 L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur tel que mentionné ci-dessus. Ce support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le 5 support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy disc) ou un disque dur. Par ailleurs, suivant un autre aspect de l'invention il est proposé un 10 système de régulation pour dispositif de génération d'électricité par pile à combustible, ledit dispositif comprenant un générateur à pile à combustible à membrane d'échange de protons interposé sur un circuit anodique et un circuit cathodique ; au moins un premier circuit parmi le circuit anodique et le circuit cathodique comprenant : 15 - un premier organe de régulation amont et un premier organe de régulation aval, interposés sur le premier circuit, respectivement en amont et en aval du générateur à pile à combustible, chacun étant apte à faire varier le débit dans le premier circuit en fonction d'une commande qui lui est transmise ; 20 - un premier capteur de débit et un premier capteur de pression, configurés pour mesurer respectivement un débit et une pression dans le premier circuit ; le système de régulation comportant une unité d'acquisition et une unité de calcul, 25 l'unité d'acquisition étant apte à acquérir une valeur souhaitée CONS, dite consigne, comprenant au moins le débit et la pression dans le premier circuit, et à transmettre celle-ci à une unité de calcul; et l'unité de calcul étant apte à calculer une valeur de la commande U à appliquer auxdits premiers organes de régulation pour maintenir le débit 30 et la pression dans le premier circuit au voisinage de la valeur de consigne, en résolvant une équation (T), en utilisant des valeurs de variables d'état X fournies par un système d'équations (S) ; les variables d'état X décrivant l'état au moins du premier circuit, le système d'équations (S) étant un système d'équations 35 différentielles représentant une dynamique de réponse au moins du premier circuit, 3058268 8 le système d'équations (S) permettant de calculer l'évolution dans le temps des valeurs desdites variables d'état X en fonction d'échanges réalisés par le premier circuit et de commandes transmises aux organes de régulation, 5 le système d'équations incluant une première équation (S1) et une deuxième équation (S2) de la forme : (S1) X(k+1) = f(X(k), U(k)) (S2) Y(k+1) = g(X(k), U(k)), où : X(k) est un vecteur de valeurs estimées desdites variables d'état à 10 un instant k, et Y(k) est un vecteur comprenant des valeurs (P,Q) d'une pression et d'un débit dans le premier circuit ; k est un indice représentant l'instant considéré ; f et g sont des fonctions ; 15 l'équation (T) étant de la forme : (T) U(k) = h(CONS, MES_REG, X(k)), où : h est une fonction, MES_REG est une valeur mesurée du vecteur Y, et CONS est le vecteur de consigne comprenant les valeurs souhaitées pour le vecteur Y ; 20 Dans ce système de régulation, l'unité d'acquisition est apte en outre à acquérir une intensité d'un courant délivré par le générateur à pile à combustible et transmettre celle-ci à l'unité de calcul, et la fonction f de l'équation (S1) est fonction de l'intensité mesurée. Dans un mode de réalisation, le système de régulation comprend 25 en outre une unité de mesure de température, apte à mesurer une température du générateur à pile à combustible, et dans lequel la fonction f de l'équation S1 est également fonction de la température mesurée. Dans un mode de réalisation, le système d'équations (S) et le correcteur concernent les deux circuits du générateur à pile à 30 combustible ; et chacun des vecteurs X, Y, U, CONS et MES_REG comprend des valeurs à la fois pour le premier et pour le deuxième circuit. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux 35 à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation 3058268 9 représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de génération d'électricité par pile à combustible régulé par un système de 5 régulation conforme à l'invention ; et - la figure 2 est un diagramme montrant de manière schématique par blocs la structure matérielle d'un système de régulation pour le dispositif de la figure 1, dans un mode de mise en oeuvre de l'invention. 10 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La figure 1 présente de manière schématique un ensemble de pile à combustible 1000. Le dispositif 1000 de génération d'électricité par pile à combustible est constitué principalement par un générateur 20 à pile à combustible à 15 membrane d'échange de protons. Ce générateur 20 est interposé sur deux circuits : un circuit anodique et un circuit cathodique. Dans l'exemple présenté, le circuit anodique 100 est un circuit d'hydrogène, et le circuit cathodique 200 est un circuit principalement d'air, dont la partie amont permet l'alimentation en air du générateur 20, et dont la partie aval sert à 20 évacuer l'air résiduel, appauvri en oxygène du fait de la réaction d'une partie de l'oxygène avec l'hydrogène, mais enrichi de la vapeur d'eau produite par cette réaction, de manière connue en soi. Le générateur 20 est alimenté en air depuis l'atmosphère environnante via un filtre 210, et en hydrogène depuis un réservoir 25 d'hydrogène 110. Le circuit 100 comporte un premier organe de régulation amont 120 et un premier organe de régulation aval 160, interposés sur le premier circuit 100, respectivement en amont et en aval du générateur 20 à pile à combustible, un premier capteur de débit 130 et un premier capteur de 30 pression 150, configurés pour mesurer respectivement un débit Q1 et une pression P1 dans le premier circuit 100 (circuit d'hydrogène). Le premier organe de régulation amont est une vanne de régulation commandable 120 à course continue. La commande appliquée à cette vanne 120 permet de faire varier le débit d'hydrogène provenant du 35 réservoir d'hydrogène 110. Le premier organe de régulation aval est une vanne de régulation commandable 160 à course continue. 305 82 6 8 10 Conformément à l'invention, les vannes 120 et 160 sont configurées pour réguler le débit et la pression dans le circuit 100 (premier circuit) en fonction des commandes qui leur sont transmises. Le deuxième circuit 200 comporte, de manière analogue au premier 5 circuit 100, un deuxième organe de régulation amont 220 et un deuxième organe de régulation aval 260, interposés sur le circuit 200, respectivement en amont et en aval du générateur 20 à pile à combustible, un deuxième capteur de débit 230 et un deuxième capteur de pression 250, configurés pour mesurer respectivement un débit Q2 et 10 une pression P2 dans le deuxième circuit 200. Le deuxième organe de régulation amont 220 est un compresseur d'air qui pompe de l'air via le filtre 210 et refoule un débit d'air variable dans le générateur 20 à pile à combustible. Dans le mode de réalisation présenté ici, la pression et le débit sont 15 régulés seulement dans le premier circuit 100 (circuit d'hydrogène). Naturellement, l'invention peut être mise en oeuvre, mutatis mutandis, en régulant la pression et le débit à la fois dans le premier circuit 100 et dans le deuxième circuit 200. Le dispositif 1000 de génération d'électricité comprend en outre un 20 système de régulation 500 conforme à l'invention, configuré pour réguler le débit et la pression dans le circuit 100. Le système de régulation 500 comporte une unité d'acquisition 510 et une unité de calcul 520. L'unité d'acquisition 510 sert à acquérir les valeurs CONS, dites 25 valeurs de consigne, qui sont les valeurs de débit et de pression qui sont souhaitées pour le premier circuit, et les mesures nécessaires au contrôle, et à transmettre celles-ci à l'unité de calcul (520). L'unité de calcul 520 sert à calculer les valeurs de commande U(k) aux différents pas de temps successifs, qui doivent être appliquées aux 30 premiers organes de régulation 120,160 pour maintenir le débit et la pression dans le premier circuit au voisinage de la valeur de consigne CONS. Le dispositif 1000 comprend en outre un ampèremètre 170, ainsi qu'un capteur de température 180 placé à l'intérieur du générateur 20, qui 35 mesure la température. Les valeurs mesurées par ces capteurs sont transmises à l'unité d'acquisition 510. 3058268 11 Le système de régulation 500 est constitué matériellement par un ordinateur. Ce terme inclut ici naturellement tout dispositif de calcul équivalent ou approprié qui peut être utilisé pour réaliser l'étape de calcul b). Le système de régulation 500 peut être éventuellement distribué, 5 notamment les capacités de mémoire et/ou les moyens de calcul peuvent être distants ; le dispositif peut indifféremment comprendre des composants matériels (cartes de calcul électroniques, notamment) ou logiciels pour réaliser sa fonction. L'unité d'acquisition 510 est configurée pour recevoir les mesures 10 de pression et de débit acquises par les capteurs de pression et de débit 130,150. Le système 500 exécute un programme informatique selon l'invention qui contrôle le fonctionnement du dispositif 1000, et permet de mettre en oeuvre le procédé de régulation du dispositif 1000 15 conformément à l'invention et ainsi de réguler celui-ci en envoyant les ordres (les valeurs de la commande U) vers les actionneurs ou organes de régulation 120,160. Un mode de mise en oeuvre de ce procédé de régulation va maintenant être présenté, dans lequel une commande de type 'Modèle 20 Interne Prédictif' (MIP) est utilisée. Cependant, tout autre procédé de commande multivariable peut être utilisé dans le cadre de l'invention. Pour calculer le vecteur d'état X en fonction du vecteur de commande U et de l'intensité I du courant, on établit tout d'abord un 25 système d'équations (S) qui représente la dynamique du premier circuit du dispositif 1000 de génération d'électricité : (El) QHEP = a wiEp - Q H EP(k_i.) QM Regcmd (k) QH2r (ic) = 2 - F (i,c) n cell H2 (E2) kk) ?Ica?: H20 2 - Q H20 30 (E3) (E4) QAeladg (k) = Q H E P(k) -H2r(k) + 0.1 - QH2Or(k) 3058268 (E5) (E6) 12 PH2(k) R Teue(k) P H20 (k) R -Tpu.,(0 PHSP(k_o - MHz P11.513(k_1) - 1120 PAn o - (E7) Ano du (IO (QHEPOO Qllar (k), " _ P trz(k)+ 0.1 Qllzor( Pkno(k) (E8) QHSP(k) = (PHSP(k-1) arma (0) - PAnoder(k) 1 2 5VHSP(k}Z+ ktigneaval y PHEP(k_i) - Ti,ch PHEP(k) = PHEP(k-i) + (Q.Inodgck) QHSP(k)) 5 (E9) V - PAnodeCk) S 2 PHSP(k) = PHEP(k) kAnode Q (E10) PAno do CO (E11) VHSPd = , - VHSPdyn(k_o + - Sp) VHSPmd(k) (E12) SVHSP(k) a1 VI-ISPrkyr,(0 10 Dans ce système, le vecteur U est formé par le vecteur (QHREG, VHSP) qui apparaît dans les équations El et Ell, et l'intensité est le paramètre I qui apparaît dans les équations E2 et E3. Les autres équations sont considérées comme des équations d'état mettant en oeuvre les variables d'état X et décrivant l'état du premier circuit du dispositif 1000. 15 Les variables intervenant dans le système d'équations (S) ci-dessus sont les suivantes : Abréviation Description Unité kAnode Coefficient de perte de charge veine anode m-4 k Pas de temps considéré k-1 Pas de temps précédent dyn Indice indiquant une variable dynamique H, H2 Hydrogène ou circuit 100 3058268 13 H2O Eau EP Côté amont du générateur 20 à pile à combustible (`Entrée Pile') SP Côté aval du générateur 20 à pile à combustible (Sortie Pile') Reg Valeur de consigne (Régulé') Cell Cellules composant la pile à combustible (Pile') pile générateur 20 à pile à combustible (Pile') P Pression Pa T Température °K Q Débit massique kg.s-1 V Volume m3 S Section de passage de l'organe de m2 régulation considéré I Intensité du courant électrique A a Coefficient traduisant un filtre dynamique 11 Nombre de cellules F Constante de faraday MH2 Masse molaire de l'hydrogène kg/mol MH20 Masse molaire de l'eau kg/mol p Masse volumique du gaz considéré kg/m3 Pair Masse volumique de l'air (conditions kg/ m3 normales) PH2 Masse volumique de l'hydrogène kg/ m3 PH20 Masse volumique de l'eau QAEP Débit massique de l'hydrogène en entrée de pile (Anode) kg.s-1 QHEP Débit massique de l'air en entrée de pile (Cathode) kg.s-1 6QAEp.mod Débit à l'entrée de l'anode (modèle) kg.s-1 6QASP,mod Débit à la sortie de l'anode (modèle) kg.s-1 6PASP,mod Pression en sortie de l'anode (modèle Pa MIP). R Constante universelle des gaz parfaits ]/K/mol Tpile Température moyenne dans le système. K 3058268 14 ech,ReguA Période de cadencement de la fonction de ms , regulation de la cathode Vair Coefficient adiabatique de l'air V Position de l'organe de régulation (EP, ok organe amont 120,220 ; SP, organe aval 160,260) AVA,0 Ordonnée à l'origine du modèle linéaire de la commande de la vanne de la cathode m 2 AVA,1 Coefficient directeur du modèle linéaire de la commande de la vanne de la cathode m 2 Le système (S) inclut des équations différentielles El à E10 qui représentent le comportement physique du dispositif 1000, et des équations Ell et E12 qui représentent la physique des organes de 5 régulation (temps de réponse, etc.). Les équations du système (S) fournies ci-dessus sont données à titre indicatif. Le système (S) est défini naturellement en fonction du circuit dont la dynamique doit être modélisée. A partir du système (S) ci-dessus, ou plus généralement du 10 système (S) choisi pour décrire la dynamique du circuit, par linéarisation et simplification on exprime le système (S) (linéarisé) sous la forme : (S1) X(k) = A X(k-1) + B U(k) + H I(k) (S2) Y(k) = C X(k-1) + D U(k) + E I(k), équations dans lesquelles A, B, C, D, E et H sont des matrices. 15 Naturellement, les équations S1 et S2 précédentes peuvent aussi s'écrire de manière équivalente en remplaçant k par k-1 comme paramètre des variables U et I. Dans d'autres modes de mise en oeuvre de l'invention, le système S n'est pas linéarisé (mais peut éventuellement être simplifié). 20 Ensuite, à partir du système d'équations (S) on détermine l'équation (T). Cette équation peut être déterminée par toute méthode connue de commande multivariable : par exemple par une méthode linéaire, non- 25 linéaire, LQG (linéaire quadratique généralisée), LQE (linéaire quadratique étendue), MIP (modèle interne prédictif), H infini, etc. 305 82 6 8 15 Dans l'exemple présenté, l'équation T est déterminée par une méthode de commande linéaire, plus précisément une commande par 'Modèle Interne Prédictif' ou commande MIR Une telle commande est connue en soi notamment par les livres 5 'Pratique de la commande prédictive', de J. Richalet, éditions Hermès, ou encore 'Commande des systèmes par calculateur', de D.Jaume, S. Thelliez, M.Verge, éditions Eyrolles. Dans l'exemple présenté, l'équation (T) s'exprime de la manière suivante : 10 U (k) = M1 CONS - M2 MES_REG - N X (k) avec M1= M2 = [C - IY1 (AT -1)1314 (1-aT) et N = [C - IY1 (AT - C (AT -I) 15 Dans ces équations, I est la matrice identité, et T est l'entier naturel correspondant à l'horizon temporel (nombre de pas de temps dans le futur) pour lequel la commande U est considérée comme devant devenir constante dans le cadre de la commande MIP. 20 Une fois que les équations (S) et (T) ont été établies, le procedé peut être mis en oeuvre et les valeurs successives de la commande U peuvent être calculées. Ces calculs sont réalisés par des méthodes de calcul connues en 25 tant que telles. Les équations S et T permettent de calculer directement, à chaque pas de temps, la nouvelle valeur de la commande U à appliquer aux organes de régulation. Dans le mode de réalisation décrit ici, le système de controle 500 30 selon l'invention a l'architecture matérielle d'un ordinateur, comme illustré schématiquement par la figure 2. II comporte notamment un processeur 501, une mémoire morte 502, une mémoire vive 503, une mémoire non volatile 504 et des moyens de communication 505 avec d'une part les capteurs de débit 130,230, de 35 pression 150,250, d'intensité 170, de température 180, et d'autre part avec les organes de régulation 120, 160, 220, 260. Ces moyens de 3058268 16 communication peuvent être par exemples des moyens de communication filaires ou non filaires. La mémoire morte 504 du dispositif de génération 2 constitue un support d'enregistrement conforme à l'invention, lisible par le processeur 5 503 et sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur conforme à l'invention, comportant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé de génération selon l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de régulation pour dispositif (1000) de génération d'électricité par pile à combustible, ledit dispositif comprenant un générateur (20) à pile à combustible à membrane d'échange de protons interposé sur un circuit anodique et un circuit cathodique ; au moins un premier circuit (100) parmi le circuit anodique et le circuit cathodique comprenant : - un premier organe de régulation amont (120) et un premier organe de régulation aval (160), interposés sur le premier circuit (100), respectivement en amont et en aval du générateur (20) à pile à combustible, chacun étant apte à faire varier le débit dans le premier circuit en fonction d'une commande qui lui est transmise ; - un premier capteur de débit (130) et un premier capteur de pression (150), configurés pour mesurer respectivement un débit (Q1) et une pression (P1) dans le premier circuit ; le procédé comportant les étapes suivantes : a) on fournit une valeur souhaitée (CONS), dite consigne, comprenant au moins le débit et la pression dans le premier circuit ; b) à l'aide d'un ordinateur, on calcule une valeur de la commande (U(k)) à appliquer auxdits premiers organes de régulation (120,160) pour maintenir le débit et la pression dans le premier circuit au voisinage de la valeur de consigne (CONS), en résolvant une équation (T) en utilisant des 25 valeurs de variables d'état X fournies par un système d'équations (S) ; les variables d'état X décrivant l'état au moins du premier circuit, le système d'équations (S) étant un système d'équations différentielles représentant une dynamique de réponse au moins du premier circuit, 30 le système d'équations (S) permettant de calculer l'évolution dans le temps des valeurs desdites variables d'état X en fonction d'échanges réalisés par le premier circuit et de commandes (U(k)) transmises aux organes de régulation, le système d'équations (S) incluant une première équation (S1) et 35 une deuxième équation (S2) de la forme : (S1) X(k+1) = f(X(k), U(k)) 3058268 18 (S2) Y(k+1) = g(X(k), U(k)), où : X(k) est un vecteur de valeurs estimées desdites variables d'état à un instant k, Y(k) est un vecteur comprenant des valeurs (P,Q) d'une pression et 5 d'un débit dans le premier circuit (100), k est un indice représentant l'instant considéré , et f et g sont des fonctions ; l'équation (T) étant de la forme : (T) U(k) = h(CONS, MES_REG, X(k)) = 0, où : 10 h est une fonction, MES_REG est une valeur mesurée du vecteur Y, et CONS est un vecteur de consigne comprenant les valeurs souhaitées pour le vecteur Y ; le procédé se caractérisant en ce que une intensité du courant (I(k)) délivré par le générateur à pile à 15 combustible est mesurée, et la fonction f de l'équation (51) est fonction de l'intensité mesurée (I(k)). 2. Procédé de régulation selon la revendication 1, dans 20 lequel l'équation S1 est de la forme : (S1) X (k+1) = C X (k) + D U (k) où les termes C et D sont des fonctions ou des matrices. 3. Procédé de régulation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'équation T est de la forme : (T) U(k) = M1 CONS - M2 MES_REG - N X(k) où M1, M2 et N sont des matrices. 4. Procédé de régulation selon la revendication 3, dans lequel les 30 matrices M1 et M2 sont égales. 5. Procédé de régulation selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les matrices M1 et M2 sont unitaires. 3058268 19 6. Procédé de régulation selon la revendication 5, dans lequel les termes C et D intervenant dans l'équation S1 sont des matrices, et les matrices M1, M2 et N sont déterminées par les équations suivantes : 5 M1= M2= [C (A - I)-1 (AT -1)1311 (1- a T ) et N . [C (A - Ir (AT -1)1311 C (AT -I) où cl est un paramètre scalaire, T est un entier au moins égal à 2, et I est la matrice identité. 10 7. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel une température (0(k)) du générateur à pile à combustible est mesurée, et la fonction f de l'équation S1 est également fonction de la température (0(k)) mesurée. 15 8. Procédé de régulation selon l'une quelconques des revendications 1 à 7, dans lequel le système d'équations S et l'équation T concernent les deux circuits du générateur à pile à combustible ; et chacun des vecteurs X, Y, U, CONS et MES_REG comprend des valeurs à 20 la fois pour le premier et pour le deuxième circuit. 9. Programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en oeuvre dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions de code de programme pour 25 l'exécution des étapes du procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. 10. Support d'informations lisible par un ordinateur sur lequel est 30 enregistré un programme d'ordinateur selon la revendication 9. 11. Système de régulation (500) pour dispositif (1000) de génération d'électricité par pile à combustible, ledit dispositif comprenant un générateur (20) à pile à combustible 35 à membrane d'échange de protons interposé sur un circuit anodique et un circuit cathodique ; 3058268 20 au moins un premier circuit (100) parmi le circuit anodique et le circuit cathodique comprenant : - un premier organe de régulation amont (120) et un premier organe de régulation aval (160), interposés sur le premier circuit (100), 5 respectivement en amont et en aval du générateur (20) à pile à combustible, chacun étant apte à faire varier le débit dans le premier circuit en fonction d'une commande qui lui est transmise ; - un premier capteur de débit (130) et un premier capteur de pression (150), configurés pour mesurer respectivement un débit (Q1) et 10 une pression (P1) dans le premier circuit ; le système de régulation (500) comportant une unité d'acquisition (510) et une unité de calcul (520), l'unité d'acquisition (510) étant apte à acquérir une valeur souhaitée (CONS), dite consigne, comprenant au moins le débit et la 15 pression dans le premier circuit, et à transmettre celle-ci à l'unité de calcul (520); et l'unité de calcul (520) étant apte à calculer une valeur de la commande (U(k)) à appliquer auxdits premiers organes de régulation pour maintenir le débit et la pression dans le premier circuit au voisinage de la 20 valeur de consigne, en résolvant une équation (T), en utilisant des valeurs de variables d'état X fournies par un système d'équations (S) ; les variables d'état X décrivant l'état au moins du premier circuit, le système d'équations (S) étant un système d'équations différentielles représentant une dynamique de réponse au moins du 25 premier circuit, le système d'équations (S) permettant de calculer l'évolution dans le temps des valeurs desdites variables d'état X en fonction d'échanges réalisés par le premier circuit et de commandes (U(k)) transmises aux organes de régulation, le système d'équations (S) incluant une première équation (S1) et une deuxième équation (S2) de la forme : (S1) X(k+1) = f(X(k), U(k)) (S2) Y(k+1) = g(X(k), U(k)), où : X(k) est un vecteur de valeurs estimées desdites variables d'état à un instant k, et 3058268 21 Y(k) est un vecteur comprenant des valeurs (P,Q) d'une pression et d'un débit dans le premier circuit (100) ; k est un indice représentant l'instant considéré ; et f et g sont des fonctions ; 5 l'équation (T) étant de la forme : (T) U(k) = h(CONS, MES_REG, X(k)), où : h est une fonction, MES_REG est une valeur mesurée du vecteur Y, et CONS est un vecteur de consigne comprenant les valeurs souhaitées pour le vecteur Y ; 10 le système de régulation se caractérisant en ce que l'unité d'acquisition (510) est apte en outre à acquérir une intensité d'un courant délivré par le générateur à pile à combustible et transmettre celle-ci à l'unité de calcul (520), et en ce que la fonction f de l'équation (S1) est fonction de l'intensité mesurée (1(k)). 15 12. Système de régulation (500) selon la revendication 11, comprenant en outre une unité de mesure de température, apte à mesurer une température (8(k)) du générateur à pile à combustible, et dans lequel la fonction f de l'équation S1 est également fonction de la 20 température (8(k)) mesurée. 13. Système de régulation (500) selon la revendication 11 ou 12, dans lequel le système d'équations (S) et le correcteur (T) incluent une modélisation de la dynamique des deux circuits du générateur à pile à 25 combustible ; et chacun des vecteurs X, Y, U, CONS et MES_REG comprend des valeurs à la fois pour le premier et pour le deuxième circuit.