Optimization of HYbrid energy SyStem with multi-stack PEM fuel cells for heavy duty transportation applications

Le projet HYSySPEM ambitionne l’amélioration des systèmes hybrides piles à combustible PEMFC pour les applications de mobilité de forte puissance avec une approche systémique. Sur la base d’une revue bibliographique sur les systèmes déjà intégrés dans les applications camion et maritime, les spécifications de systèmes typiques ont été élaborées pour servir de support à l’analyse, et des architectures de référence ont été définies. Ces travaux préliminaires ont également permis de préciser les objectifs du projet avec une focalisation sur les applications camion et maritime. L’optimisation des architectures électriques et fluidiques dans une approche multi-stack modulaire est abordée à plusieurs échelles (système pile et système hybride) et sur les composants clefs (compresseur, topologies de convertisseur de puissance à des niveaux de tension de 800V à 1500V).

Concernant la partie fluidique du système, l’analyse est focalisée d’une part sur l’impact de simplifications du système, par exemple la suppression de l’humidificateur d’air, et d’autre part sur la réduction des pertes de puissance au niveau de la compression de l’air. Concernant la partie électrique du système, après une première phase d’analyse bibliographique, les études se concentrent notamment sur le développement d’architectures de puissance et de topologies de convertisseur innovantes et flexibles adaptées aux systèmes multi-stacks, ainsi que sur leur contrôle, avec en particulier la détection et l’analyse de défauts de certains composants clés de ces architectures. La plupart des thématiques scientifiques abordées dans le projet, par des méthodes numériques et expérimentales, font l’objet de travaux de huit doctorants, qui ont démarré leur thèse entre mai 2023 et mars 2024.

Les améliorations du contrôle/commande au niveau local et les gestions d’énergie et de puissance au niveau de l’hybridation visent à intégrer des éléments de contrôle tolérant aux défauts au niveau des convertisseurs de puissance et de l’hybridation, afin d’assurer un niveau de fiabilité très élevé. Une validation d’ensemble est mise en œuvre dans la seconde moitié du projet grâce à une approche XiL, impliquant à la fois la mise en œuvre de modèles dédiés et le couplage des simulations numériques avec les travaux expérimentaux.