Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les acteurs des technologies de l’énergie et notamment l’industrie automobile portent un intérêt grandissant aux piles à combustible, devant la montée constante du prix des énergies fossiles (pétrole, gaz naturel), la réduction des émissions de gaz à effet de serre et la prédominance croissante de l’électricité en tant que vecteur énergétique. Dans ce contexte, PSA Peugeot Citroën et le Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA) se sont associés pour développer un prototype de pile à combustible à membrane échangeuse de protons adapté aux contraintes de l’automobile : GENEPAC.
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The actors of energy technologies and in particular the automobile industry demonstrate a growing interest for fuel cells due to the constant price increase of fossil energies (oil, natural gas), the reduction of greenhouse gas effect emissions and the increasing part played by electricity as an energy vector. Within this context, PSA Peugeot Citroën and the Atomic Energy Commission (CEA) have collaborated in order to develop a prototype of proton exchange membrane fuel cell adapted to the constraints of the automobile industry: GENEPAC.
Auteur(s)
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Laurent ANTONI : Docteur-Ingénieur, responsable du Laboratoire d'intégration de générateurs électrochimiques CEA/LITEN Grenoble
-
Jean-Philippe POIROT-CROUVEZIER : Docteur-Ingénieur, chef de projet au Laboratoire d'intégration de générateurs électrochimiques au CEA/LITEN Grenoble
-
Francis ROY : Ingénieur, chef de projet à la Direction de la recherche et innovation automobiles du groupe PSA Peugeot Citroën
-
Xavier GLIPA : Docteur, responsable métier pile à combustible à la Direction de la recherche et innovation du groupe PSA Peugeot Citroën
INTRODUCTION
parmi les technologies de transports décarbonés, la pile à combustible constitue une solution d'avenir pour la traction automobile. Complémentaire aux batteries, elle confère aux véhicules électriques une autonomie comparable aux véhicules actuels thermiques tout en préservant les prestations de confort et de brio. Son niveau de maturité conduit les constructeurs automobiles à initialiser leur commercialisation dans les prochaines années. Dans ce contexte, PSA Peugeot Citroën et le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) se sont associés pour développer une pile à combustible adaptée aux contraintes de l'automobile : la pile GENEPAC et le système FiSyPAC.
among the technologies for CO2-free transportation, the fuel cell constitutes an electric powertrain solution for the future. Complementary to batteries technology, it gives electric vehicle range comparable to ICE vehicle, while maintaining comfort and dynamic performances. Its current level of maturity leads the car manufacturers to launch their marketing over the next few years. In this context, PSA Peugeot Citroën and the Commissariat à l"énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) have worked together to develop a fuel cell adapted to the car constraints : the GENEPAC stack and the FiSyPAC system.
pile à combustible, hydrogène, automobile, système
fuel cell, hydrogen, automotive, system
Domaine : Pile à combustible pour application automobile
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Hydrogène
Domaines d'application : Automobile + extension aux autres moyens de transport
Principaux acteurs français :
Centres de compétence :
Pôles de compétitivité : Tenerrdis – Véhicule du futur – MOVEO
Industriels : Constructeurs automobiles et équipementiers
Autres acteurs dans le monde : Ballard, Hydrogenics...
Contact : [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
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VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 2007 par Laurent ANTONI, Jean-Philippe POIROT-CROUVEZIER, Francis ROY, Xavier GLIPA
- Version courante de mars 2023 par Jean-Philippe POIROT-CROUVEZIER, Laurent ANTONI
DOI (Digital Object Identifier)
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Performances des piles GENEPAC2. Dimensionnement et conception de la pile GENEPAC
2.1 Démarche de conception
La conception d'une pile à combustible paraît simple au premier abord. Elle correspond à un empilement avec alternance d'AME et de plaques bipolaires.
Toutefois, la problématique de conception et de réalisation d'une pile à combustible répondant à des critères de haut rendement, de forte compacité et de faible masse est complexe, car les compétences mises en œuvre sont multiples. Il faut donc rechercher des solutions de compromis répondant aux exigences des différents domaines, soit :
-
électrochimie : base de la réaction produisant simultanément de l'eau, de la chaleur et le courant électrique. Il permet de définir les paramètres de fonctionnement (débits et pressions des fluides, composition des gaz et température) et géométriques (nombre et surface active des cellules) ;
-
hydraulique : pour la définition des circuits fluides permettant d'apporter les réactifs carburant et comburant au droit des sites catalytiques réactionnels et d'évacuer les sous-produits. Le développement d'outils de calcul spécifiques peut s'avérer nécessaire pour définir la géométrie des canaux et des distributeurs des plaques bipolaires. Il s'ensuit une validation expérimentale par la mesure de perte de charge ou la visualisation de flux mono- et diphasiques ;
-
thermique : pour la définition du circuit de refroidissement, l'optimisation de ce circuit est particulièrement importante en particulier pour garantir un fonctionnement optimal ainsi qu'une durée de vie satisfaisante à la pile. Il convient de simuler les échanges thermiques dans une plaque bipolaire pour assurer la plus grande homogénéité puis de valider expérimentalement le design de l'échangeur de chaleur par la mesure de pertes de charge, de l'homogénéité des vitesses des fluides et la détection de points chauds ;
-
électrique : les électrons produits se doivent d'être véhiculés au travers des plaques bipolaires avec une très bonne répartition surfacique et une résistance interne faible ;
-
mécanique : pour maîtriser les efforts d'assemblage des plaques bipolaires et des AME afin de garantir :
-
une homogénéité des pressions de contact dans la zone active pour assurer un bon contact électrique sans altérer l'intégrité de l'AME ou la performance de la pile,
-
l'étanchéité...
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Dimensionnement et conception de la pile GENEPAC
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WIPKE (K.), SPRIK (S.), KURTZ (J.), GARBAK (J.) - Field experience with fuel cell vehicles, in Handbook of Fuel Cells – Fundamentals. Technology and Applications. - Advances in Electocatalysis, Materials, Diagnostics and Durability. John Wiley & Sons, vol. 6, Ltd. ISBN : 978-0-470-72311-1, (2009).
-
(2) - STEVENS (P.), NOVEL-CATTIN (F.), HAMMOU (A.), LAMY (C.), CASSIR (M.) - Piles à combustible. - Techniques de l'Ingénieur [D 3 340].
-
(3) - MOSDALE (R.) - Transport électrique routier. Véhicules électriques à pile à combustible. - Techniques de l'Ingénieur [D 5 570].
-
(4) - TAWFIK (H.), HUNG (Y.), MAHAJAN (D.) - Metal bipolar plates for PEM fuel cell – A review. - Journal of Power Sources, vol. 163, Issue 2, p. 755-767, 1 janv. 2007.
-
(5) - ANTUNES (R.A.), OLIVEIRA (M.C.L.), ETT (G.), ETT (V.) - Corrosion of metal bipolar plates for PEM fuel cells : A review, International Journal of Hydrogen Energy. - vol. 35, Issue 8, p. 3632-3647, avr. 2010.
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
PSA Peugeot Citroën http://www.psa-peugeot-citroen.com
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Règlement R101 : Prescriptions uniformes relatives à l'homologation des voitures particulières mues uniquement par un moteur à combustion interne ou mues par une chaîne de traction électrique hybride en ce qui concerne la mesure des émissions de dioxyde de carbone et de la consommation d'énergie électrique et de l'autonomie en mode électrique, et des véhicules des catégories M1 et N1 mus uniquement par une chaîne de traction électrique en ce qui concerne la mesure de la consommation d'énergie électrique et de l'autonomie. Date d'entrée en vigueur : 4 avril 2005.
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