Article paru Pile à combustible
Bilan de santé instantané et in-situ
Le List a développé un contrôleur mesurant l'état de tension de chacune des cellules d'une pile à combustible, un point clé pour évaluer son état de santé. Ce système s'adapte à tout type d'alimentation électrique juxtaposant des cellules individuelles.
Piloter le fonctionnement électrique d'un véhicule à hydrogène suppose de connaître précisément l'état de santé du générateur, constitué de centaines de cellules individuelles juxtaposées dans lesquelles se produisent les réactions chimiques qui transforment hydrogène et oxygène en électricité, chaleur et eau. Chaque cellule ne délivre qu'une tension comprise entre 0,3V et 1,3V mais si certaines sont défaillantes ou en régime d'instabilité, comme cela peut-être le cas lors de la mise en service de la pile, c'est toute la pile qui peut être dégradée. “D'où l'importance de connaître précisément l'état de tension de chaque cellule”, indique Fabrice Auzanneau, responsable de l'équipe Fiabilisation des systèmes embarqués au CEA List. Tel était l'objectif assigné à son équipe dans le cadre du projet de recherche FISYPAC piloté par PSA Peugeot Citroën et financé par l'Agence nationale de la recherche (ANR). Objectif atteint depuis quelques mois.
Un système électronique inédit, qui se connecte sur la pile à combustible conçue et réalisée par le CEA Liten, permet de contrôler son état de santé en cours de fonctionnement, en mesurant la tension de chacune de ses cellules. Il renseigne le calculateur central du véhicule selon les normes de communication en vigueur dans l'automobile. “Les cartes électroniques fixées directement sur l'armature de la pile, testée et validée sur véhicule en condition normale d'utilisation, mesurent la tension des 240 cellules en quelques centaines de millisecondes”, explique le chercheur. L'une des contraintes importantes à respecter pour un tel équipement concerne l'isolation électrique : l'instrumentation développée doit être capable de supporter une tension transitoire de 1 500 V par rapport au référentiel du véhicule, alors que les tensions normales de fonctionnement de la pile à combustible sont de 300V et son intensité de 200 ampères. L'isolation de la carte électronique est assurée grâce à des composants optoélectroniques. Trois brevets ont été déposés sur ce contrôleur et un quatrième sur un second système de contrôleur, cette fois à base de capteurs utilisant la technologie GMR (giant magneto resistance). Développés par l'Iramis*, ces derniers présentent l'avantage d'être intrinsèquement isolés (le courant de chaque cellule est directement transformé en champ magnétique et détecté par un capteur GMR). Une solution beaucoup plus intégrée : une barrette de 3 mm par 1,5 cm permet d'acquérir les signaux de 8 cellules. “Ces développements génériques peuvent être appliqués à n'importe quelle alimentation électrique, que ce soit des batteries de véhicules électriques ou hybrides ou encore des piles à combustible pour d'autres applications que l'automobile, dans l'habitat par exemple”, ajoute Fabrice Auzanneau.
De fait, même si la façon de gérer l'électricité diffère, une batterie est une juxtaposition de cellules élémentaires qui produisent de l'électricité. De nombreux partenariats industriels ou de recherche sont donc envisageables.
*Institut Rayonnement Matière de Saclay.
