INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
L’invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d’une pile à combustible telle que définie ci-dessus, dans lequel avant d’assembler entre elles les plaques anodique et cathodique de chacune des plaques bipolaires, on assemble chacun des assemblages membrane-électrode avec l’une des plaques anodiques et l’une des plaques cathodiques, rapportées de part et d’autre, suivant l’axe d’empilement, de l’assemblage membrane-électrode concerné.
Le procédé de fabrication conforme à l’invention tire profit du fait que les performances mécaniques et électriques de la pile à combustible sont garanties quel que soit l’écart effectif de positionnement entre les deux plaques de chaque plaque bipolaire lors de l’assemblage de ces dernières, dans les limites de la tolérance de positionnement usuelle.
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 : la est une vue en perspective éclatée d’une pile à combustible conforme à l’invention ; la est une coupe partielle schématique selon le plan II de la ; la est un schéma illustrant des ondulations de canaux d’une des deux plaques d’une plaque bipolaire, conforme à l’invention, appartenant à la pile à combustible des figures 1 et 2 ; la est une vue similaire à la , illustrant la superposition des ondulations respectives des deux plaques de la plaque bipolaire ; la est un schéma de zones de contact entre les deux plaques de la plaque bipolaire, résultant de la superposition des ondulations illustrée à la ; la est une vue similaire à la , illustrant une variante de dimensionnement pour les ondulations respectives des deux plaques de la plaque bipolaire conforme à l’invention ; la est une vue similaire à la mais appliquée à la superposition des ondulations illustrée à la ; la est une vue similaire à la , illustrant une autre variante de dimensionnement pour les ondulations respectives des deux plaques de la plaque bipolaire conforme à l’invention ; et la est une vue similaire à la mais appliquée à la superposition des ondulations illustrée à la .
Sur la est représentée une pile à combustible 1. La pile à combustible 1 est par exemple destinée à être installée dans un véhicule et à produire, à partir de fluides réactifs tels que l’hydrogène et l’oxygène, de l’électricité alimentant un moteur électrique assurant la propulsion du véhicule.
La pile à combustible 1 comprend un empilement de cellules 2, dans lequel les cellules 2 sont disposées les unes contre les autres suivant un axe d’empilement Z. L’empilement des cellules 2 est maintenu entre deux plaques terminales, qui ne sont pas représentées à la et qui permettent notamment de maintenir comprimé, c’est-à-dire serré, suivant l’axe d’empilement Z, l’empilement des cellules 2 et d’alimenter cet empilement à la fois en un fluide réactif de carburant et un fluide réactif de comburant. Selon un exemple préférentiel sur lequel on s’appuiera par la suite, le fluide réactif de carburant est constitué d’hydrogène sous forme gazeuse et le fluide réactif de comburant est constitué d’oxygène sous forme gazeuse, étant noté que, en pratique, la pile à combustible 1 peut ne pas être alimentée en oxygène pur, mais en air, voire en un mélange gazeux comprenant de l’oxygène, par exemple un mélange d’oxygène et d’azote, mélange qui peut être dans un ratio entre l’oxygène et l’azote qui est similaire à celui de l’air ou dans un ratio différent. Ici, les termes « oxygène » et « dioxygène » sont indifférenciés ; de même, les termes « hydrogène » et « dihydrogène » sont indifférenciés. Par simplification d’expression, les termes « oxygène » et « dioxygène » couvriront aussi l’air ou tout mélange gazeux contenant de l’oxygène en proportion non négligeable.
Comme représenté sur les figures 1 et 2, chaque cellule 2 comprend un assemblage membrane-électrode 10 dont un détail d’une coupe est intégré à la .
Chaque cellule 2 comprend également deux plaques polaires qui sont disposées de part et d’autre, suivant l’axe d’empilement Z, de l’assemblage membrane-électrode 10, à savoir une plaque anodique 20 et une plaque cathodique 30. Pour chaque cellule 2, la plaque anodique 20 permet d’alimenter la cellule 2 en hydrogène tandis que la plaque cathodique 30 permet d’alimenter cette cellule en oxygène. À cet effet, et comme bien visible sur la , la plaque anodique 20 délimite, sur sa face tournée vers l’assemblage membrane-électrode 10, des canaux 21 pour la circulation de l’hydrogène tandis que la plaque cathodique 30 délimite, sur sa face tournée vers l’assemblage membrane-électrode 10, des canaux 31 pour la circulation de l’oxygène. Pour chaque paire de deux cellules 2 immédiatement adjacentes l’une à l’autre, la plaque anodique 20 d’une des deux cellules et la plaque cathodique 30 de l’autre des deux cellules sont disposées directement l’une contre l’autre suivant l’axe d’empilement Z et forment, à l’état opérationnel de la pile à combustible 1, une plaque bipolaire 3. Ainsi, à l’état opérationnel de la pile à combustible 1, les deux cellules 2 de chaque paire de cellules immédiatement adjacentes l’une à l’autre se partagent la même plaque bipolaire 3 qui sépare l’un de l’autre l’assemblage membrane-électrode 10 de l’une de ces deux cellules 2 et l’assemblage membrane-électrode 10 de l’autre de ces deux cellules 2. À l’état opérationnel de chaque plaque bipolaire 3, les canaux 21 sont délimités par la face de la plaque anodique 20 de la plaque bipolaire 3, tournée à l’opposé de la plaque cathodique 30 de la plaque bipolaire 3, tandis que les canaux 31 sont délimités par la face de la plaque cathodique 30 de la plaque bipolaire 3, tournée à l’opposé de la plaque anodique 20 de cette plaque bipolaire 3. Également à l’état opérationnel de chaque plaque bipolaire 3, les plaques anodique 20 et cathodique 30 de la plaque bipolaire 3 forment entre elles des passages libres 4 pour la circulation d’un fluide de refroidissement, séparés des canaux 21 et 31. Le fluide de refroidissement ne joue aucun rôle direct dans les réactions électrochimiques se produisant dans les cellules 2, mais la circulation de ce fluide de refroidissement permet de maitriser la température des cellules 2, donc la température de la réaction électrochimique, donc les conditions opératoires de la réaction électrochimique.
En pratique, chacune des plaques 20 et 30 est une tôle façonnée, notamment emboutie, réalisée en métal. Cependant l’invention peut aussi être mise en œuvre avec d’autres modes de réalisation de la plaque, celle-ci pouvant être réalisée en d’autres matériaux, notamment par exemple en graphite, et/ou celle-ci pouvant être mise en forme autrement que par emboutissage, par exemple par usinage, par attaque chimique, électroérosion, pour par fabrication additive.
Avant de décrire plus en détail les canaux 21 et 31, on décrit ci-après plus avant des caractéristiques structurelles et fonctionnelles de l’assemblage membrane-électrode 10 de chaque cellule 2, étant souligné que les spécificités de ces caractéristiques ne sont pas limitatives. Ainsi, dans la forme de réalisation considérée sur les figures, l’assemblage membrane-électrode 10 de chaque cellule 2 comporte deux couches de diffusion de gaz 11 et 12 qui sont disposées de part et d’autre, suivant l’axe d’empilement Z, d’une membrane échangeuse de protons 13 dont les deux faces opposées sont respectivement recouvertes par, ou au contact de, une couche catalytique anodique 14 et une couche catalytique cathodique 15. À l’état assemblé de la pile à combustible 1, chaque cellule 2 comprend ainsi, successivement suivant l’axe d’empilement Z, la plaque anodique 20, la couche de diffusion de gaz 11, la couche catalytique anodique 14, la membrane échangeuse de protons 13, la couche catalytique cathodique 15, la couche de diffusion de gaz 12, et la plaque cathodique 30.
Pour chaque cellule 2, la couche de diffusion de gaz 11 recouvre les canaux 21 et permet le transport de l’hydrogène depuis les canaux 21 de la plaque anodique 20 jusqu’à la couche catalytique anodique 14. De même, la couche de diffusion de gaz 12 recouvre les canaux 31 et permet le transport de l’oxygène depuis les canaux 31 de la plaque cathodique 30 jusqu’à la couche catalytique cathodique 15. En pratique, les couches de diffusion de gaz 11 et 12 sont formées d’un matériau poreux tel qu’un tissu de fibre de carbone ou un papier carbone poreux.
Pour chaque cellule 2, la membrane échangeuse de protons 13 permet de conduire les ions hydrogène, ou protons, depuis la couche catalytique anodique 14 vers la couche catalytique cathodique 15, tout en empêchant la circulation d’électrons. La membrane échangeuse de protons 13 est par exemple réalisée en un matériau polymère perfluoré sulfuré, tel que le matériau connu sous le nom commercial « Nafion ». La membrane échangeuse de protons 13 permet également la circulation d’eau sous forme liquide, aux fins de l’évacuation hors de la cellule 2 de l’eau produite au niveau de la couche catalytique cathodique 15.
Au sein de chaque cellule 2 lorsque la pile à combustible 1 est en fonctionnement, une réaction d’oxydation se produit au niveau de la couche catalytique anodique 14 et consiste à diviser catalytiquement l’hydrogène fourni par la couche de diffusion de gaz 11 en protons et en électrons. Les protons ainsi produits traversent la membrane échangeuse de protons 13 jusqu’à atteindre la couche catalytique cathodique 15, alors que les électrons ainsi produits sont captés par la plaque anodique 20 puis conduits vers la plaque cathodique 30 de la plaque bipolaire 3 à laquelle appartient la plaque anodique 20 de la cellule 2 considérée. Dans le même temps, une réaction de réduction se produit au niveau de la couche catalytique cathodique 15 et consiste à faire réagir l’oxygène fourni par la couche de diffusion de gaz 12 avec les protons traversant la membrane échangeuse de protons 13, ainsi qu’avec des électrons fournis par la plaque cathodique 30 de la cellule 2 considérée, pour former des molécules d’eau.
En pratique, les couches catalytiques anodique 14 et cathodique 15 sont constituées de structures poreuses, qui permettent le transport des fluides réactifs, c’est-à-dire ici de l’hydrogène et de l’oxygène, à l’intérieur de ces couches catalytiques, et qui sont formées de trois matériaux différents, à savoir :
- un matériau pour transporter les protons, par exemple le même matériau que la membrane échangeuse de protons 13, tel que le matériau « Nafion » mentionné plus haut,
Comme illustré aux figures 3 et 4, pour chaque plaque bipolaire 3, chacune des ondulations 26 de la plaque anodique 20 est délimitée, sur toute sa longueur, par deux bords longitudinaux 26A et 26B, qui sont opposés l’un à l’autre suivant l’axe de répartition Y26 et qui, ici, ondulent chacun de part et d’autre de l’axe moyen X26 de l’ondulation 26 concernée. Ces bords longitudinaux 26A et 26B sont parallèles l’un à l’autre, en étant écartés l’un de l’autre par une largeur de l’ondulation 26 correspondante, notée l1 sur les figures 2, 3, 4, 6 et 8. Dans la mesure où les ondulations 26 sont identiques entre elles, la largeur l1 est la même pour toutes les ondulations 26 et, pour chacune de ces ondulations 26, est constante sur toute la longueur de l’ondulation. Il est ainsi possible de définir, pour chacune des ondulations 26 de la plaque anodique 20 de chaque plaque bipolaire 3, une fibre neutre 26C comme étant la ligne ondulée qui s’étend à la fois parallèlement et à mi-distance des deux bords longitudinaux 26A et 26B de l’ondulation 26 concernée.
De la même façon, et comme illustré à la , pour chaque plaque bipolaire 3, chacune des ondulations 36 de chaque plaque cathodique 30 est délimitée, sur toute sa longueur, par deux bords longitudinaux 36A et 36B, qui sont opposés l’un à l’autre suivant l’axe de répartition Y36 et qui, ici, ondulent chacun de part et d’autre de l’axe moyen X36 de l’ondulation 36 concernée. Ces bords longitudinaux 36A et 36B sont parallèles l’un à l’autre, en étant écartés l’un de l’autre par une largeur de l’ondulation 36 correspondante, notée l2 sur les figures 2, 3, 4, 6 et 8. Dans la mesure où les ondulations 36 sont identiques entre elles, la largeur l2 est la même pour toutes les ondulations 36 et, pour chacune de ces ondulations 36, est constante sur toute la longueur de l’ondulation. Il est ainsi possible de définir, pour chacune des ondulations 36 la plaque cathodique 30 de chaque plaque bipolaire 3, une fibre neutre 36C comme étant la ligne ondulée qui s’étend à la fois parallèlement et à mi-distance des deux bords longitudinaux 36A et 36B de l’ondulation 36 concernée.
On notera que la largeur l1 et la largeur l2 sont égales l’une à l’autre à la fois dans la forme de réalisation illustrée aux figures 4 et 5 et dans la forme de réalisation illustrée aux figures 6 et 7. En revanche, dans la forme de réalisation illustrée aux figures 8 et 9, la largeur l1 est différente de la largeur l2 : ici, la largeur l1 est strictement supérieure à la largeur l2 ; toutefois, en variante non représentée, la largeur l1 peut être prévue strictement inférieure à la largeur l2.
Comme illustré aux figures 3, 4, 6 et 8, chacune des ondulations 26 de chaque plaque anodique 20 inclut, en tant que parties longitudinales les plus éloignées de l’axe moyen X26 de l’ondulation 26 concernée suivant l’axe de répartition Y26, à la fois des premières parties sommitales 26.1, qui sont disposées d’un même premier côté de l’axe moyen X26, et des secondes parties sommitales 26.2, qui sont disposées d’un même second côté, opposé au premier côté précité, de l’axe moyen X26. Les parties sommitales 26.1 de chaque ondulation 26 sont alignées les unes avec les autres suivant une direction parallèle à l’axe moyen X26 concerné. De même, les parties sommitales 26.2 sont alignées les unes avec les autres suivant une direction parallèle à l’axe moyen X26 concerné. De façon similaire, et comme illustré sur les figures 4, 6 et 8, chacune des ondulations 36 de chaque plaque cathodique 30 inclut, en tant que parties longitudinales les plus éloignées de l’axe moyen X36 de l’ondulation 36 concernée suivant l’axe de répartition Y36, à la fois des premières parties sommitales 36.1, qui sont disposées d’un même premier côté de l’axe moyen X36, et des secondes parties sommitales 36.2, qui sont disposées d’un même second côté, opposé au premier côté précité, de l’axe moyen X36. Les parties sommitales 36.1 de chaque ondulation 36 sont alignées les unes avec les autres suivant une direction parallèle à l’axe moyen X36 concerné. De même, les parties sommitales 36.2 sont alignées les unes avec les autres suivant une direction parallèle à l’axe moyen X36 concerné.
Suivant un mode de réalisation préférentiel, qui est mis en œuvre dans les formes de réalisation illustrées aux figures et qui présentent, entre autres avantages, de simplifier la conception et la fabrication des plaques anodique 20 et cathodique 30 de chaque plaque bipolaire 3, chacune des ondulations 26, respectivement 36, de chaque plaque anodique 20, respectivement cathodique 30, est constituée de la répétition d’un motif d’ondulation M26, respectivement M36. Plus précisément, le motif d’ondulation M26, qui est ici identique pour les différentes ondulations 26 de chaque plaque anodique 20, inclut une seule des premières parties sommitales 26.1 et une seule des secondes parties sommitales 26.2, et est répété plusieurs fois successivement le long de l’axe moyen X26 de chaque ondulation 26 pour constituer l’intégralité de cette dernière. De la même façon, le motif d’ondulation M36, qui est ici identique pour les différentes ondulations 36 de chaque plaque cathodique, inclut une seule des premières parties sommitales 36.1 et une seule des secondes parties sommitales 36.2, et est répété plusieurs fois successivement le long de l’axe moyen X36 de chaque ondulation 36 pour constituer, dans certains exemples, l’intégralité de cette dernière.
Dans tous les cas, chaque ondulation 26 de chaque plaque anodique 20 présente un déport, noté D sur les figures 3, 4, 6 et 8, ce déport D correspondant à l’écartement, suivant l’axe de répartition Y26 et mesuré au niveau de la fibre neutre 26C de l’ondulation 26 concernée, entre les premières parties sommitales 26.1 et les secondes parties sommitales 26.2 de l’ondulation 26 concernée. Dans la mesure où les ondulations 26 de la plaque anodique 20 sont identiques entre elles, ce déport D est le même pour toutes les ondulations 26. De la même façon, chaque ondulation 36 de chaque plaque cathodique 20 présente un déport correspondant à l’écartement, suivant l’axe de répartition Y36 et mesuré au niveau de la fibre neutre 36C de l’ondulation 36 concernée, entre les premières parties sommitales 36.1 et les secondes parties sommitales 36.2 de l’ondulation 36 concernée : ce déport des ondulations 36 de la plaque cathodique 30, qui est le même pour toutes les ondulations 36 puisque ces dernières sont identiques entre elles, est le même que le déport D des ondulations 26 de la plaque anodique 20. et est donc noté également D sur les figures 4, 6 et 8.
Ce déport D des ondulations 26 et 36 de chaque plaque bipolaire 3 est dimensionné de manière à respecter la relation suivante :
D = p + x avec min(l1, l2)/2 ≤ x ≤ (l1 + l2)/2.
Autrement dit, le déport D est égal à la somme du pas p et d’une valeur prédéterminée x qui est comprise entre, inclusivement, la moitié de la plus petite des largeurs l1 et l2 et, inclusivement, la moitié de la somme des largeurs l1 et l2.
Dans la forme de réalisation des figures 4 et 5, où les largeurs l1 et l2 sont égales, le déport D est choisi égal à la somme du pas et de la moitié de la largeur l1 ou l2. Autrement dit, D = p + l1 = p + l2.
Dans la forme de réalisation des figures 6 et 7, où les largeurs l1 et l2 sont également égales l’une à l’autre, le déport D est choisi égal à la somme du pas p et de la largeur l1 ou l2. Autrement dit, D = p + l1/2 = p + l2/2.
Dans la forme de réalisation des figures 8 et 9, où l'une des largeurs, ici la largeur l1, est strictement supérieure à l’autre largeur, ici la largeur l2, avec de plus la largeur la plus grande des deux, ici donc la largeur l1, strictement supérieure à la largeur la plus petite des deux, ici la largeur l2 ,le déport D est choisi égal à la somme entre le pas p et la moitié de la largeur l2 la plus petite. Autrement dit, D = p + l2 / 2 .
Dans tous les cas, la relation ci-dessus permet, dans la configuration nominale de l’état opérationnel de chaque plaque bipolaire 3, et pour toutes les ondulations 26 de la plaque anodique 20 à l’exception des ondulations 26 d’extrémité selon l’axe de répartition Y26, de mettre en contact les parties sommitales 26.1 de chaque ondulation 26 de la plaque anodique 20 avec respectivement les parties sommitales 36.2 d’une ondulation 36 adjacente de la plaque cathodique 30, et de mettre en contact les parties sommitales 26.2 de la même ondulation 26 de la plaque anodique 20 avec respectivement les parties sommitales 36.1 d’une autre ondulation 36 adjacente de la plaque cathodique 30, en formant entre elles des zones de contact sommitales C3.1 parmi les zones de contact C3. Pour une ondulation 26 donnée de la plaque anodique 20, les deux ondulations 36 adjacentes de la plaque cathodique 30 sont les deux ondulations qui sont immédiatement adjacentes de l’ondulation 36 correspondante de la plaque cathodique 30 telle que définie plus haut à savoir ayant l’axe moyen X36 confondu avec l’axe moyen X26 de l’ondulation 26 donnée ou présentant un décalage strictement inférieur à la moitié du pas d’ondulation p.
Inversement, la relation ci-dessus permet, dans la configuration nominale de l’état opérationnel de chaque plaque bipolaire 3, et pour toutes les ondulations 36 de la plaque cathodique 30 à l’exception des ondulations 36 d’extrémité selon l’axe de répartition Y36, de mettre en contact les parties sommitales 36.1 de chaque ondulation 36 de la plaque cathodique 30 avec respectivement les parties sommitales 26.2 d’une ondulation 26 adjacente de la plaque anodique 20, et de mettre en contact les parties sommitales 36.2 de la même ondulation 36 de la plaque cathodique 30 avec respectivement les parties sommitales 26.1 d’une autre ondulation 26 adjacente de la plaque anodique 20, en formant entre elles des zones de contact sommitales C3.1 parmi les zones de contact C3. Pour une ondulation 36 donnée de la plaque cathodique 30, les deux ondulations 26 adjacentes de la plaque anodique 20 sont les deux ondulations 26 qui sont immédiatement adjacentes de l’ondulation 26 correspondante de la plaque anodique 20 telle que définie plus haut à savoir ayant l’axe moyen X26 confondu avec l’axe moyen X36 de l’ondulation 36 donnée ou présentant un décalage strictement inférieur à la moitié du pas d’ondulation p.
Plus précisément, on remarque que, chaque ondulation 26 donnée de la plaque anodique 20, à l’exception des ondulations 26 d’extrémité selon l’axe de répartition Y26, est ainsi en contact avec exactement 3 ondulations 36 distinctes de la plaque cathodique 30, à savoir : avec l’ondulation 36 correspondante de la plaque cathodique 30, pour former les zones de contact axiales C3.X pour cette ondulation donnée 26 ; avec une première ondulation 36 adjacente de la plaque cathodique 30, au niveau des ses parties sommitales 26.1, pour former une moitié des zones de contact sommitales C3.1 pour cette ondulation 36 donnée ; et avec une seconde ondulation 36 adjacente de la plaque cathodique 30, au niveau de ses parties sommitales 26.2, pour former l’autre moitié des zones de contact sommitales C3.1 pour cette ondulation 26 donnée.
FW ligne, i.e. un ensemble continu de jeux de variables d’état X i , de roue libre où P ssp user =0 et/ou P load (X i )=0
P 1 ; P 2 ; P 3 ; P 4 valeurs de puissance P load (X i ) à appliquer par le moteur 7 pour maintenir la vitesse v pour les lignes isométriques de
P U1 ; P U2 ; P U3 ; P U4 valeurs de puissance P ssp user à appliquer par l’utilisateur au pédalier 14 pour maintenir la vitesse v pour les lignes isométriques de
PROCEDE DE PILOTAGE D’UN VEHICULE AUTOMOBILE CONSECUTIVEMENT A UNE DETECTION D’UN DEFAUT DE FONCTIONNEMENT DUDIT VEHICULE Un aspect de l’invention se rapporte à un procédé de pilotage d’un véhicule automobile, ledit pilotage ayant lieu consécutivement à une détection d’un défaut de fonctionnement du véhicule.
Un autre aspect de l’invention porte sur un véhicule automobile agencé pour mettre en œuvre un procédé de pilotage selon l’invention.
Lors d’un défaut de fonctionnement d’un véhicule électrique non préjudiciable pour le conducteur, il est connu de déclencher un mode marche sécuritaire et positionner la vitesse du véhicule à une vitesse prédéterminée. Un tel défaut non préjudiciable peut par exemple consister en l’absence de détection par une unité de contrôle véhicule, (plus connue sous l’acronyme VCU pour Vehicle Control Unit en anglais), d’une information transmise habituellement par un capteur de détection d’une course d’enfoncement d’une pédale d’accélérateur.
Lors de la détection d’un tel défaut, les performances du véhicule sont ajustées de manière que la vitesse de déplacement du véhicule soit limitée. Cette vitesse limitée permet ainsi au conducteur d’apporter son véhicule en réparation sans devoir laisser son véhicule sur le bord de la route.
Dans certaines situations, cette stratégie est préjudiciable à la sécurité du conducteur. Par exemple, lorsque le véhicule est en mode dit « rampage » à une vitesse de 5km/h (également connu sous la terminologie anglaise de « creeping » ou « crawling », et qu’un défaut de fonctionnement est détecté, alors la vitesse du véhicule est amenée à la vitesse limitée. Cette vitesse limitée est par exemple de 20 km/h, soit 15km/h au-dessus de la vitesse actuelle du véhicule en mode « rampage ». Cette augmentation de vitesse est réalisée en quelque millisecondes par la machine électrique de traction du véhicule et produit un phénomène de bond en avant susceptible de générer un accident.