Modular and Scalable fuel cell system for on-road heavy-duty electrified vehicles

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Contrairement aux nouveaux véhicules légers routiers, pour lesquels des normes obligatoires d'émissions de dioxyde de carbone (CO2) sont en vigueur dans l'Union Européenne (UE) depuis une décennie, les normes d'émissions de CO2 pour les nouveaux Véhicules Lourds Routiers (VLR) n'ont été adoptées qu’en . Ce retard est principalement dû à des exigences plus strictes pour remplacer les VLR à moteur diesel, notamment en termes de durée de vie, d’autonomie ou de temps de ravitaillement. Aujourd’hui, un déploiement rapide de nouveaux types de VLR est nécessaire afin de réduire l’empreinte écologique du transport. Pour y parvenir, l’UE vise à mettre en circulation des véhicules zéro émission utilisant des batteries ou des piles à hydrogène. Afin de favoriser une croissance rapide de ces véhicules, la tendance est au développement de plateformes modulaires et évolutives. Appliquées aux systèmes d’alimentation, ces plateformes conduisent à l’utilisation de batteries modulaires et de piles à combustible multi-stacks. Dans cette optique, MARSHALL (ModulAR and Scalable battery and fuel cell systems for on-road HeAvy-duty eLectrified vehicLes) est un nouveau projet, financé par l’Agence nationale de la recherche française (ANR), dans le cadre du réseau national français MEGEVH sur les véhicules électrifiés. Ce projet réunit trois laboratoires : Ampère, FEMTO-ST et L2EP, et a pour objectif de développer une méthodologie générique pour la conception de batteries modulaires et de piles à combustible multi-stacks appliquées aux VLR. L’ambition du projet est d’accélérer le processus de conception de l’architecture des systèmes de batteries et de piles à combustible d’au moins 20 %, réduisant ainsi le délai de mise sur le marché des VLR électriques.

La thèse vise à développer une méthode générique pour mettre à l'échelle les systèmes de piles à combustible mono et multi-stacks. Les lois de mise à l’échelle seront établies pour des propriétés pertinentes, telles que les pertes, ainsi que pour les paramètres des composants, en tenant compte des différentes surfaces actives. Cela sera réalisé en utilisant le formalisme de la Représentation Énergétique Macroscopique (REM) afin de développer des lois innovantes permettant de redimensionner les composants de référence, sans avoir à recommencer les étapes de conception, souvent longues. L’organisation consistera à conserver le modèle et la représentation d’un composant de référence, tout en les complétant avec deux éléments d’adaptation de puissance. La complexité réside dans l’intégration des facteurs dans ces éléments d’adaptation de puissance et dans le fait de ne mettre à l’échelle que les propriétés d’entrée et de sortie du modèle de référence. Plusieurs étapes seront nécessaires pour atteindre cet objectif.

The PhD thesis aims to develop a generic method to scale single-stack fuel cell and multi-stack fuel cell system. The scaling laws will be developed for relevant properties, such as losses, as well as component parameters, by taking into account different active surface areas. This will be done by using Energetic Macroscopic Representation (EMR) formalism to develop innovative laws that allow to up- or down-size reference components, making it needless to redo time consuming design steps. The organization will consist of keeping the model and the representation of a reference component, but complemented with two power adaptation elements. The difficulty relies on the embedding of the factors in power adaptation elements and scale only the input and output properties of the reference model. Several steps will be achieved to reach this objective.

Starting date

• 10-01

Funding category

Other public funding

Funding further details

Agence National de la Recherche (ANR)