Dans les véhicules à hydrogène, le gaz du réservoir de stockage d’H2 doit être régulé par une série de vannes de contrôle avant d’atteindre la pile à combustible. Les instruments de pression jouent un rôle important dans ce process, mais les capteurs de pression standard ne conviennent pas aux applications de l’hydrogène car ils ne sont pas fabriqués dans des matériaux appropriés. Le MH-3-HY de WIKA est spécialement conçu pour les véhicules qui utilisent des piles à combustible hydrogène. De plus, il a reçu l’approbation de la directive CE79/2009.
Les fabricants de machines tout terrain, de camions et d’autobus s’intéressent de plus en plus à l’hydrogène comme source de carburant. Pourquoi ? La demande des clients pour une rentabilité plus grande en matière de sécurité, d’environnement, de performance et d’efficacité se fait de plus en plus pressante. Les véhicules à hydrogène sont beaucoup plus propres que ceux à moteur à combustion interne, car la vapeur d’eau est le seul sous-produit du mélange de l’hydrogène et de l’oxygène. L’absence d’émissions est particulièrement déterminante pour les véhicules utilisés à l’intérieur – chariots élévateurs, tables élévatrices à ciseaux, tracteurs de remorquage, préparateurs de commandes et véhicules de transport – car les moteurs à combustion rejettent dans l’air du monoxyde de carbone dangereux, des composés organiques volatils (COV) et d’autres sous-produits nocifs, même lorsque les véhicules sont équipés des derniers dispositifs de contrôle de la pollution.
Les véhicules électriques à batterie sont propres, mais leur principal inconvénient est leur autonomie limitée et, par conséquent, la nécessité de les recharger fréquemment. De plus, chaque cycle de charge peut prendre plusieurs heures, ce qui signifie que ces machines restent inactives au lieu de produire du travail, ce qui réduit le retour sur investissement de l’entreprise pour ces actifs. Les véhicules à hydrogène, en revanche, ne prennent que quelques minutes pour se ravitailler en carburant et sont immédiatement remis en service. Les piles à combustible sont également plus légères que les batteries traditionnelles, ce qui est un avantage lorsque le poids est un facteur important. Les pays d’Asie de l’Est (en particulier le Japon) et d’Europe occidentale sont en tête en ce qui concerne les véhicules à pile à combustible hydrogène, mais d’autres les rattrapent.
Les applications de l’hydrogène nécessitent des capteurs de pression spéciaux
Le gaz comprimé dans les réservoirs d’hydrogène est sous haute pression : environ 360 bar pour la plupart des machines tout-terrain et des véhicules municipaux. Avant que l’hydrogène n’atteigne la pile à combustible pour être converti en énergie, sa pression stockée doit être réduite à la pression de fonctionnement de la pile à combustion. Pour plus de contrôle et de sécurité, ce processus se déroule généralement en deux étapes :
- Une soupape de réduction de haute pression située près du réservoir abaisse la pression à un peu moins de 20 bar avant d’entrer dans le système.
- Un régulateur de pression réduit ensuite la pression à environ 1 bar avant d’entrer dans l’injecteur de la pile à combustible.
Le détendeur haute pression utilise généralement deux capteurs de pression : un à l’entrée de la vanne et un autre à sa sortie pour s’assurer que la pression du système est dans les limites de sécurité. Si la pression du système n’est pas correctement régulée, une soupape de surpression détectera une condition de surpression et évacuera l’hydrogène dans l’atmosphère. Si la pression du système devient trop faible, la pile à combustible n’aura pas assez de pression pour fonctionner et finira par arrêter la machine.
Comme tout capteur de pression, il doit être suffisamment précis et robuste pour une application particulière. Cependant, les applications de l’H2 posent des problèmes pour ces exigences car la molécule se décompose en deux ions hydrogène. Ces atomes peuvent facilement entrer dans la structure cristalline de nombreux métaux courants, y compris l’acier inoxydable, et le processus de diffusion s’accélère à des températures et des pressions plus élevées. C’est ce qu’on appelle la perméation à l’hydrogène, et elle a deux impacts dans un capteur de pression :
- Elle modifie sa résistance électrique, ce qui entraîne une dérive du signal.
- Elle rend certains métaux plus susceptibles de se fissurer et de se fracturer (fragilisation par l’hydrogène).
Pour empêcher la perméation de l’hydrogène, un capteur de pression peut être doté d’une membrane affleurante plaquée or. Cependant, cette option est généralement trop coûteuse pour la plupart des véhicules à pile à combustible à hydrogène. Une solution plus rentable consiste à utiliser un alliage spécial moins sensible à la perméation de l’hydrogène.
Des capteurs de pression robustes pour les véhicules à hydrogène
Capteur de pression MH-3-HY, représenté avec différents types de connexions électriques
Le MH-3 de WIKA est depuis longtemps le capteur de pression électronique OEM de choix pour les conditions de fonctionnement extrêmes. Nous avons maintenant créé une version spécifique pour les véhicules qui utilisent des piles à combustible à hydrogène comme source principale d’énergie électrique.
Le MH-3-HY présente la même précision, la même fiabilité et la même conception robuste que le MH-3, mais avec un capteur à couche mince métallique soudé en W.Nr 2.4711 (Elgiloy®), un alliage cobalt-chrome-nickel-molybdène présentant une grande résistance à la fatigue et une excellente résistance à la corrosion. Ce capteur de pression n’a pas de joints en polymère pour le fluide et ne contient pas d’huile, ce qui le rend idéal pour les applications à hydrogène avec une plage de pression de 20 à 550 bar.
Grâce à ces mesures, le MH-3-HY a obtenu l’homologation CE79/2009 de l’UE pour les véhicules fonctionnant à l’hydrogène, ce qui permet aux constructeurs de certifier beaucoup plus facilement l’ensemble de leur système à hydrogène. WIKA est l’une des rares entreprises qui fabriquent des capteurs de pression approuvés par la directive CE79/2009. De plus, nous produisons le MH-3-HY sur une ligne hautement automatisée, ce qui signifie que nous pouvons fournir aux clients de grandes quantités avec une qualité élevée et fiable. (D’autres fabricants utilisent des lignes semi-automatiques ou manuelles.) Nous vérifions également à 100 % chaque capteur à la fin de la ligne, et testons à l’hélium chaque capteur pour détecter les fuites.
De plus en plus de municipalités et d’entreprises souhaitent réduire leur empreinte carbone sans sacrifier la performance et l’efficacité, et une façon d’y parvenir est d’ajouter à leur parc de véhicules des bus et des machines mobiles fonctionnant à l’hydrogène. Le vaste portefeuille de produits de mesure de WIKA s’inscrit dans cette démarche vers un avenir plus propre. En plus du MH-3-HY, nous proposons une variété de capteurs de pression, de température, d’interrupteurs à flotteur et d’accessoires connexes pour les applications de l’hydrogène allant de la distribution et du stockage à l’énergie des bâtiments. Alors que le marché des carburants continue de se déplacer et d’évoluer, WIKA est là. Contactez-nous pour plus d’informations.