INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Les inventeurs ont donc cherché à développer un nouveau système de pile à combustible qui puisse fonctionner avec tout type de piles à combustibles et tout type de carburants hydrogénés, c’est-à-dire tout type de carburants contenant de l’hydrogène. En d’autres termes, les inventeurs ont cherché à proposer un système universel de piles à combustible.
Objectifs de l’invention L’invention vise à fournir un système universel de piles à combustible.
L’invention vise en particulier à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un système de piles à combustible qui puisse être mis en œuvre, quelle que soit la pile à combustible et quel que soit l’environnement de son utilisation.
L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un système qui puisse être rendu compact pour une utilisation dans tout type de véhicules et d’une manière générale, pour toute application nécessitant une source d’énergie électrique.
L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un système qui puisse fonctionner avec différents types de carburant.
L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un système qui puisse former une source d’énergie électrique et thermique.
Pour ce faire, l’invention concerne un système de pile à combustible comprenant :
au moins une pile à combustible, au moins un circuit de carburant comprenant au moins un réservoir de carburant hydrogéné, une pompe à carburant et un reformeur, ledit circuit étant relié à ladite pile pour pouvoir l’alimenter en dihydrogène, au moins un circuit d’air comprenant au moins une entrée d’air, un filtre à air, un compresseur et une vanne de régulation, ledit circuit d’air étant relié à ladite pile à combustible pour pouvoir l’alimenter en dioxygène, au moins un consommateur électrique configuré pour pouvoir être alimenté par l’énergie électrique produite par ladite pile par une réaction d’oxydoréduction entre ledit dihydrogène fourni par le circuit de carburant et le dioxygène fourni par ledit circuit d’air, une pluralité d’organes de régulation dudit système parmi lesquels ladite pompe du circuit de carburant et ladite vanne du circuit d’air, une pluralité de capteurs d’environnement configurés pour pouvoir fournir des informations représentatives de l’environnement dudit système.
Le système de piles à combustible selon l’invention est caractérisé en ce qu’il comprend en outre un boitier électronique de pilotage de la pile à combustible comprenant :
un module de précharge de la pile à combustible configuré pour pouvoir être relié électriquement à ladite pile à combustible par une ligne, dite ligne haute tension, et pour pouvoir alimenter ledit consommateur électrique en énergie électrique, un module de commande configuré pour pouvoir recevoir des données issues de ladite pluralité de capteurs d’environnement et pour pouvoir en déduire des instructions de commande de ladite pluralité d’organes de régulation dudit système.
Le système de piles à combustibles selon l’invention est donc remarquable dans la mesure où il met en œuvre un boitier électronique de pilotage du système qui comprend deux modules principaux : un module de précharge destiné à relier électriquement la ligne haute tension de la PAC et un consommateur électrique (tel qu’une batterie électrique, un moteur électrique, etc.) et un module de commande configuré pour piloter les organes de régulation du système et donc des circuits d’alimentation en carburant hydrogéné et en air de la pile en fonction d’informations représentatives de l’environnement de la PAC.
Ledit module de précharge est formé de relais hautes puissances agencés entre une sortie haute tension de la PAC et le consommateur électrique du système. Ce module de précharge a pour rôle de permettre la liaison électrique haute tension entre la PAC et le consommateur électrique quels que soient la pile et le consommateur, lors du démarrage et de l’arrêt de la pile pour protéger les composants électriques du système. En d’autres termes, le module de précharge permet le couplage et le découplage entre la pile à combustible et le consommateur. Ce module étant directement logé dans le boitier électronique de commande, le boitier peut directement accéder aux données de tension et de courant et les fournir au module de commande pour en déduire les instructions de commande des organes de régulation.
Le module de précharge comprend de préférence deux sous-modules. Le premier sous-module, dit sous-module haute tension, comprend les relais hautes puissances, des équipements de contrôle des relais et des fusibles. Le deuxième sous-module, dit sous-module basse tension, comprend des équipements de contrôle des tensions et des relais, une horloge interne et des moyens de détermination et transmission d’informations d’état du module de précharge vers un bus de communication.
Le module de commande a pour fonction de commander les organes de régulation du système, ce qui permet in fine de déterminer le courant et la tension produite par la pile à combustible. Ce module de commande reçoit en entrée des informations fournies par les capteurs du système. Il peut par exemple s’agir de données issues de capteurs d’environnement du système et/ou de données issues de capteurs d’état du système. Ce module en déduit une commande de la pompe du circuit de carburant et/ou injecteurs, du compresseur du circuit d’air, et de manière générale de l’ensemble des organes de régulation du système.
Ainsi, le système selon l’invention peut adapter le pilotage de la pile à son environnement extérieur et/ou à son utilisation et/ou à son état.
En outre, le système est compact dans la mesure où il regroupe au sein du même boitier électronique de pilotage, le module de précharge de la pile et le module de commande de la pile. L’encombrement d’un système selon l’invention est donc réduit.
Les matières premières suivantes ont été utilisés : - fibres de carbone VGCF ® d’extrait sec 99% commercialisées par la société Showa Denko ; - noir de carbone Vulcan XC72 ® d’extrait sec 99% commercialisé par la société TANAKA ; - polymère : poly(fluorure de vinylidène/hexafluoropropène) ou PVDF-HFP (commercialisé sous la référence PVDF-HFP Solef® 21216 par SOLVAY), solubilisé à 2 % en poids dans l’acétate d’éthyle ; - solvant : acétate d’éthyle.
L’encre pour la formation de la MPL a été préparée à partir de ces matières premières, par mélange dans l’ordre suivant et dans les quantités indiquées dans le tableau 1 ci-dessous.
La solution a ensuite été dispersée dans un pot au DISPERMAT ® pendant 30 minutes à 1000 tours par minute. Puis, le pot a ensuite été placé sur un agitateur de type tubes rouleaux après avoir ajouté dans le mélange 1/3 du volume d’encre de billes de zirconium de 3mm de diamètre. Les billes de zirconium sont ajoutées directement dans le mélange. Ainsi, en plaçant le pot sur les tubes rouleaux, elles permettent d’ajouter un cisaillement comme pour un classique broyeur à billes (« ball milling ») mais beaucoup plus doux.
Formation de la MPL par enduction de l’encre
L’enduction a été réalisée le jour même sur une table d’enduction équipée d’un support poreux aspirant et chauffant.
L’encre est appliquée par enduction au niveau du côté cathodique d’une CCM (« Catalyst coated membrane ») comprenant des couches catalytiques de part et d’autre d’une membrane (électrolyte solide), commercialisée sous la référence Gore® A510.1/M735.18/C580.4, c’est-à-dire au niveau de la couche active cathodique.
Pour éviter une rétraction des membranes lors de leur contact avec une grande quantité de solvant, la CCM est fixée sur un support rigide en PTFE de 250 µm pendant l’enduction de l’encre sur la couche catalytique.
L’enduction a ensuite été réalisée avec les paramètres suivants : • Hauteur du couteau : 250 µm • Vitesse : 1 cm/s • Température de la table : 70°C.
Un film fin de polynaphtalate d’éthylène (PEN) de 50 µm d’épaisseur est ajouté par-dessus la CCM, avant enduction, afin de délimiter la zone de dépôt, comme représenté schématiquement en .
Le dépôt est séché après enduction à 70°C pendant environ 5 minutes. La température correspond plus particulièrement à la température de consigne du plateau chauffant sur lequel est déposé la membrane CCM, la membrane CCM étant ainsi à une température légèrement inférieure.
Intégration de la CCM/MPL selon l’invention au niveau d’un AME complet
Un assemblage membrane/électrodes (AME) complet est ensuite formé en appliquant une GDL formé d’un substrat fibreux carboné imprégné à 5 % massique de PTFE, commercialisé sous la référence Sigracet® GDL 25 BA au niveau de la MPL formée au niveau de la couche active cathodique ; et, du côté anodique, un ensemble GDL/MPL, disponible commercialement sous la référence Sigracet® GDL 25 BC, formé d’un substrat fibreux carboné imprégné à 5 % massique de PTFE et recouvert d’une MPL standard (PTFE et noir de carbone).
Dans les deux cas la GDL, avec ou sans MPL est accolée à la CCM pendant le montage de l’AME dans la cellule sans pressage à chaud.
La (b) représente schématiquement la réalisation de l’AME selon l’invention intégrant l’assemblage CCM/MPL réalisé selon l’invention.
La couche microporeuse obtenue en surface de la couche active cathodique présente une bonne adhésion sur la couche active. La couche est souple et ne se fissure pas lors de la manipulation de la CCM.
(7) les cyclopolymères d'alkyl diallyl amine ou de dialkyl diallyl ammonium tels que les homopolymères ou copolymères comportant comme constituant principal de la chaîne des motifs répondant aux formules (I) ou (II) : dans lesquelles : - k et t sont égaux à 0 ou 1, la somme k + t étant égale à 1 ; - R 12 désigne un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle ; - R 10 et R 11 , indépendamment l'un de l'autre, désignent un groupe (C 1 -C 6 )alkyle, un groupe (poly)hydroxyalkyle comprenant de 1 à 5 atomes de carbone, un groupe amidoalkyle en C 1 -C 4 ; ou bien R 10 et R 11 peuvent désigner conjointement avec l'atome d'azote auquel ils sont rattachés, un groupe hétérocyclique tel que pipéridinyle ou morpholinyle; R 10 et R 11 , indépendamment l'un de l'autre, désignent de préférence un groupe (C 1 -C 4 )alkyle; - Y - est un anion tel que bromure, chlorure, acétate, borate, citrate, tartrate, bisulfate, bisulfite, sulfate, phosphate.
(8) les polymères de diammonium quaternaire comprenant des motifs récurrents de formule : dans laquelle : - R 13 , R 14 , R 15 et R 16 , identiques ou différents, représentent des groupes aliphatiques, alicycliques, ou arylaliphatiques comprenant de 1 à 20 atomes de carbone ou des groupes hydroxyalkylaliphatiques en C 1 -C 12 , ou bien R 13 , R 14 , R 15 et R 16 , ensemble ou séparément, constituent avec les atomes d'azote auxquels ils sont rattachés des hétérocycles comprenant éventuellement un second hétéroatome autre que l'azote ou bien R 13 , R 14 , R 15 et R 16 représentent un groupe (C 1 -C 6 )alkyle substitué par un groupe nitrile, ester, acyle, amide ou -CO-O-R 17 -D ou -CO-NH-R 17 -D où R 17 est un groupe alkylène divalent et D un groupe ammonium quaternaire ; - A 1 et B 1 représentent des groupe divalents polyméthyléniques comprenant de 2 à 20 atomes de carbone, linéaires ou ramifiés, saturés ou insaturés, et pouvant contenir, liés à ou intercalés dans la chaîne principale, un ou plusieurs cycles aromatiques, ou un ou plusieurs atomes d'oxygène, de soufre ou des groupes sulfoxyde, sulfone, disulfure, amino, alkylamino, hydroxyle, ammonium quaternaire, uréido, amide ou ester, et - X - désigne un anion dérivé d'un acide minéral ou organique; étant entendu que : - A 1 , R 13 et R 15 peuvent former avec les deux atomes d'azote auxquels ils sont rattachés un cycle pipérazinique ; - si A 1 désigne un groupe alkylène divalent ou (poly)hydroxyalkylène divalent linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, B 1 peut également désigner un groupe (CH2) n -CO-D’-OC-(CH2) p -, avec n et p , identiques ou différents, étant des entiers allant de 2 à 20, et D ’ désignant : a) un reste de glycol de formule -O-Z-O-, où Z désigne un radical hydrocarboné linéaire ou ramifié ou un groupement répondant à l'une des formules suivantes: -(CH2CH2O)x-CH2CH2- et -[CH2CH(CH3)O]y-CH2CH(CH3)- où x et y désignent un nombre entier allant de 1 à 4, représentant un degré de polymérisation défini et unique ou un nombre quelconque allant de 1 à 4 représentant un degré de polymérisation moyen ; b) un reste de diamine bis-secondaire tel qu'un dérivé de pipérazine ; c) un reste de diamine bis-primaire de formule -NH-Y-NH- où Y désigne un radical hydrocarboné linéaire ou ramifié, ou bien le radical divalent -CH2-CH2-S-S-CH2-CH2- ;
On peut citer plus particulièrement les polymères qui sont constitués de motifs récurrents répondant à la formule : dans laquelle : - R 1 , R 2 , R 3 et R 4 , identiques ou différents, désignent un radical alkyle ou (poly)hydroxyalkyle ayant de 1 à 4 atomes de carbone ; - n et p sont des nombres entiers allant de 2 à 20 ; et - X - est un anion dérivé d'un acide minéral ou organique.
Un composé de formule (IV) particulièrement préféré est celui pour lequel R 1 , R 2 , R 3 et R 4 représentent un radical méthyle, n =3, p =6 et X - =Cl - , dénommé Hexadimethrine chloride selon la nomenclature INCI (CTFA). On peut par exemple citer le produit Mexomere PO commercialisé par la société Noveal.
(9) les polymères de polyammonium quaternaires comprenant des motifs de formule (V) : dans laquelle : - R 18 , R 19 , R 20 et R 21 , identiques ou différents, représentent un atome d'hydrogène ou un radical méthyle, éthyle, propyle, β-hydroxyéthyle, β-hydroxypropyle ou -CH 2 CH 2 (OCH 2 CH 2 ) p OH, où p est égal à 0 ou à un nombre entier allant de 1 à 6, sous réserve que R 18 , R 19 , R 20 et R 21 ne représentent pas simultanément un atome d'hydrogène ; - r et s , identiques ou différents, sont des nombres entiers allant de 1 à 6 ; - q est égal à 0 ou à un nombre entier allant de 1 à 34 ; - X - désigne un anion tel qu'un halogénure ; - A désigne un radical divalent d'un dihalogénure ou représente de préférence -CH 2 -CH 2 -O-CH 2 -CH 2 -.
(12) les polymères comportant dans leur structure : (a) un ou plusieurs motifs répondant à la formule (A) suivante : (b) éventuellement un ou plusieurs motifs répondant à la formule (B) suivante : Autrement dit, ces polymères peuvent être notamment choisis parmi les homo- ou copolymères comportant un ou plusieurs motifs issus de la vinylamine et éventuellement un ou plusieurs motifs issus du vinylformamide.
De préférence, ces polymères cationiques sont choisis parmi les polymères comportant, dans leur structure, de 5 à 100% en moles de motifs répondant à la formule (A) et de 0 à 95% en moles de motifs répondant à la formule (B) , préférentiellement de 10 à 100% en moles de motifs répondant à la formule (A) et de 0 à 90% en moles de motifs répondant à la formule (B) .
En d'autres termes, la plaque, et en particulier sa surface active, c'est-à-dire la surface assurant l'échange de protons, se trouvant en regard de la membrane, est définie en trois dimensions, et non plus selon un plan. Elle présente des ondulations, ou des "creux" et des "bosses", déterminées de façon à optimiser la pression desdits gaz et/ou le débit dudit fluide caloporteur.
Selon un mode de réalisation particulier, lesdits premiers canaux s'étendent dans une direction orthogonale à la direction desdits seconds canaux.
Selon un autre aspect, qui peut le cas échéant être mis en œuvre indépendamment du premier, au moins certains desdits canaux présentent une section variable.
Selon un mode de réalisation particulier, lesdits tracés définissant des ondulations et/ou lesdits sections variables sont définis par la méthode des éléments finis.
Cette méthode permet de caractériser efficacement les dimensions et formes des plaques.
Selon un mode de réalisation particulier, la plaque est réalisée par assemblage de deux demi-plaques complémentaires, formées en trois dimensions, de façon à définir lesdites ondulations.
Les demi-plaques peuvent notamment être obtenues par hydroformage.
Selon un mode de réalisation particulier, lesdites ondulations présentent un rayon (R) et une période (P) tels que R = P ± 20%.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite section varie de façon que le ratio entre la section maximale S max et la section minimale S min soit compris entre 1,2 et 2, de l'ordre de 1,6 par exemple.
Selon un mode de réalisation particulier, lesdites demi-plaques sont réalisées à partir de feuillards plus fins que ceux classiquement utilisés, par exemple en acier inoxydable 316L avec un double revêtement carbone, d'une épaisseur de 0,075 mm.
L'invention concerne également les piles à combustible comprenant un empilement de plaques telles que décrites ci-dessus.
L'invention concerne encore les utilisations de telles piles, notamment pour au moins une des applications appartenant au groupe comprenant :
- les véhicules automobiles ;
- les véhicules utilitaires ;
En sortie de la classification 111 est obtenue une prédiction d’une capacité à rouler du premier véhicule 11 basée sur au moins une probabilité de niveau de capacité à rouler du premier véhicule 11.
Par exemple, plusieurs probabilités de niveau de capacité à rouler du premier véhicule 11 sont présentes en sortie da la classification 111, la capacité à rouler prédite est celle qui a la plus forte probabilité.
Dans une troisième opération optionnelle du processus, la prédiction de la capacité à rouler du premier véhicule obtenue est affichée.
Dans une quatrième opération optionnelle du processus, la prédiction de la capacité à rouler du premier véhicule obtenue est transmise à un dispositif distant.
L'idée associée à un réseau de neurones à mémoire court terme et long terme est que chaque cellule est liée à deux états internes ; l’un dit état caché ( ) et l’autre dit état de la cellule ( ) qui joue le rôle de mémoire. Le passage d’un état d’entrée d’une cellule à un instant temporel (t-1) à un état de sortie à un instant temporel suivant t se fait par transfert à gain constant et égal à 1. De cette façon les erreurs se propagent aux pas antérieurs sans phénomène de disparition de gradient. L'état de la cellule peut être modifié à travers une porte d’entrée qui autorise ou bloque la mise à jour. De même pour une porte contrôle si l'état de cellule est communiqué en sortie de la cellule. Les cellules peuvent aussi utiliser une porte permettant la remise à zéro de l'état de la cellule.
Lors de la phase d’apprentissage, le réseau de neurones apprend à produire une prédiction de capacité à rouler de véhicule à partir de deuxièmes ensembles E2 de données D.
Lors de la phase de production, le réseau de neurones est identique au réseau de neurones en phase d’apprentissage, excepté que l’entrée du réseau de neurones n’est plus alimentée par des deuxièmes ensembles E2 mais par un premier ensemble E1 de données D. Le réseau de neurones est alors capable de reproduire une prédiction d’une capacité à rouler du premier véhicule 11 qui correspond à un niveau de capacité à rouler de véhicule associé au groupe GRi auquel appartient le premier ensemble E1 de données D .
En outre, s’agissant des dimensions de l’éprouvette de référence 113 qui sont prises en compte pour la simulation numérique de son comportement vibratoire, il s’agit des dimensions dans le plan P d’usinage qui est utilisé pour usiner la plaque CMC et générer ainsi l’éprouvette de test 201.
Comme dit plus haut, la détermination du module de rigidité axial E 11 de l’éprouvette de test 201 est réalisée à partir d’un coefficient K 1e issu de la simulation numérique décrite plus haut.
La détermination de ce coefficient résulte d’une analyse de sensibilité des paramètres de la simulation numérique du comportement vibratoire. Une telle analyse de sensibilité consiste à étudier numériquement l’influence de chaque paramètre de la simulation numérique sur les fréquences de résonnance déterminées par la simulation.
Pour cela, chaque paramètre de la simulation numérique du comportement vibratoire de l’éprouvette qui est simulée est soumis à une variation (par exemple de 10 % ou 20 %) pour ensuite observer l’influence de cette variation sur les fréquences de résonnances obtenues in fine .
La montre un exemple de matrice de sensibilité 401 liant certains paramètres du matériau (différents modules de rigidité incluant le module de rigidité axial E 11 , l’épaisseur h, la densité d, les modules de cisaillement…) avec différentes fréquences de résonnance. Les types de hachures de chacune des cases correspondent respectivement à une amplitude (positive, nulle ou négative) de la sensibilité, explicitée dans la partie droite de la figure, de chaque fréquence de résonnance à chaque propriété. Il est ainsi possible de voir que certaines amplitudes sont nulles (ou quasi-nulles), ce qui illustre le fait que certaines fréquences de résonnances déterminées par la simulation sont insensibles à la variation de certains paramètres.
En particulier, cette matrice de sensibilité de la illustre notamment le fait que l’utilisation d’une autre fréquence que la fréquence f 1e (i.e. l’utilisation d’une fréquence d’un mode de flexion en dehors du plan d’usinage) impliquerait nécessairement, par la suite, le fait d’utiliser l’épaisseur pour déterminer le module de rigidité axial de l’éprouvette.
C’est donc cette analyse de sensibilité qui permet d’établir une relation mathématique entre le module de rigidité axial et la fréquence de résonnance mesurée, indépendante de l’épaisseur et d’autres modules de rigidité du matériau considéré.
En particulier, dans l’exemple décrit, grâce à l’analyse de sensibilité réalisée au préalable, le coefficient K 1e , obtenu à partir de la simulation numérique du comportement vibratoire de l’éprouvette de référence 113, est déterminé selon la formule :
où K 1e , E 11_ref , d ref et f 1e_simu correspondent respectivement au coefficient obtenu à partir de la simulation numérique du comportement vibratoire de l’éprouvette de référence 113 ainsi qu’au module de rigidité axial, à la densité et à la première fréquence de résonnance de l’éprouvette de référence 113.
En outre, l’homme du métier appréciera que l’analyse de sensibilité décrite plus haut ayant conduit à la détermination de la formule précédente entraîne que l’utilisation, par la simulation numérique, de valeurs différentes de E 11_ref et d ref conduit à l’obtention d’une valeur f 1E_simu différente mais que, dans ce cas, le coefficient K 1e finalement obtenu reste inchangé.
Finalement, le module de rigidité axial E 11 de l’éprouvette 201 est déterminé à partir de la fréquence f 1e de résonnance de l’éprouvette de test 201, du coefficient K 1e obtenu à partir de la simulation numérique du comportement vibratoire de l’éprouvette de référence 113 et d’une densité d de l’éprouvette de test 201, selon la formule :
où E 11 , K 1e, f 1e et d correspondent respectivement au module de rigidité axial ainsi qu’au coefficient, à la fréquence de résonnance mesurée à l’étape a) et à la densité de l’éprouvette de test 201.
En outre, la densité d de l’éprouvette de test 201 utilisé dans ce calcul peut avoir été déterminée au préalable par une mesure de type hydro. C’est-à-dire une mesure impliquant la mesure de la masse sèche, de la masse imbibée et de la masse immergée pour pouvoir déterminer la densité.
La valeur de la densité peut aussi être issue d’un dossier de caractérisation du matériau composite à matrice céramique.
En conclusion, le procédé selon l’invention permet de réduire les temps de contrôle des éprouvettes, de fiabiliser les données obtenues et de réduire les incertitudes de mesures du module de rigidité axial.
En outre, ce procédé est non destructif et applicable à toutes sortes de géométries d’éprouvettes.
Dans ce contexte, il serait donc utile de disposer d’une technique de cryptographie homomorphe plus efficace sur le plan calculatoire, et adaptée notamment à des opérations de traitement de base de données, par exemple de type comparaison ou tri.