Performances des piles GENEPAC
GENEPAC : pile à combustible à membrane échangeuse de protons PEMFC

1 - Contexte

• 1.1 - Pile à combustible : élément de réponse aux défis pour un transport durable
  Figure 1 - Schéma de principe de fonctionnement d'une pile à combustible PEMFC Figure 2 - Cellule élémentaire et empilement (source : http://www.ballard.com) Figure 3 - Schéma du système à pile à combustible FiSyPAC avec présentation des différents auxiliaires
• 1.2 - Caractéristiques de la pile GENEPAC
  Figure 4 - Pile GENEPAC de 80 kW Figure 5 - Vue éclatée de la pile GENEPAC de 80 kW avec ses quatre modules de 20 kW et son distributeur central Figure 6 - Déclinaison de la pile GENEPAC pour une puissance intermédiaire de 23 kW

2 - Dimensionnement et conception de la pile GENEPAC

• 2.1 - Démarche de conception
• 2.2 - Définition des principaux composants
  Figure 7 - Exemple de répartition des masses dans une pile GENEPAC Figure 8 - Exemple de plaques bipolaires de différentes technologies Figure 9 - Motif élémentaire de canal Figure 10 - Vue en coupe d'une plaque bipolaire en métal embouti (tôle anode en bas, tôle cathode en haut) Figure 11 - Exemple de plaque bipolaire intégrant des canaux ondulés [7] Figure 12 - Exemple de résultat de calcul présentant une cartographie de température de la zone active d'une plaque bipolaire, architecture à fort gradient thermique non retenue pour GENEPAC Figure 13 - Bancs expérimentaux (a) Thermipac et (b) Hydraupac développés au CEA pour la caractérisation thermique et hydraulique de plaques bipolaires Figure 14 - Détermination des vitesses d'écoulement des fluides dans les plaques bipolaires Figure 15 - Performance électrochimique de différents AME en fonction des humidités relatives
• 2.3 - Assemblage de la pile
  Figure 16 - Assemblage d'une pile GENEPAC de 20 kW

3 - Performances des piles GENEPAC

• 3.1 - Courbes de polarisation
  Figure 17 - Piles GENEPAC de (a) 20 kW et (b) 80 kW sur un banc électrochimique Figure 18 - Courbes de polarisation normalisées de trois piles GENEPAC de puissance 2 ; 20 et 80 kW
• 3.2 - Homogénéité des tensions d'une pile
  Figure 19 - Répartition des tensions de chaque cellule composant une pile de 20 kW
• 3.3 - Démarrage par températures négatives
  Figure 20 - Illustration d'une pile GENEPAC soumise à des conditions hivernales extrêmes (T = – 20 oC) dans une chambre climatique Figure 21 - Influence du ratio largeur canal/largeur totale sur la densité de puissance
• 3.4 - Voies d'amélioration des piles GENEPAC
  Figure 22 - Courbes de polarisation pour les AME de référence et les AME améliorés Figure 23 - Courbes de polarisation obtenues avec des revêtements alternatifs Figure 24 - Pile PSA de seconde génération (10 kW)

4 - Système pile à combustible

• 4.1 - Architecture
  Figure 25 - Synoptique du système pile à combustible FiSyPAC [8] Figure 26 - Vue du système pile à combustible FiSyPAC
• 4.2 - Performance du système pile à combustible
  Figure 27 - Rendement stationnaire de la pile et du système Tableau 1
• 4.3 - Validation embarquée de la technologie GENEPAC
  Figure 28 - Architecture d'hybridation série de la chaîne de traction Figure 29 - Vue d'ensemble de la chaîne de traction intégrée Figure 30 - Véhicule FiSyPAC – Peugeot 307CC à pile à combustible Tableau 2

5 - Conclusion – Perspectives