DANS UN ENSEMBLE ELECTROCHIMIQUE

Domaine technique

La présente demande concerne le domaine de la détection d'un ou plusieurs défauts dans des ensembles dits électrochimiques, c'est-à-dire des ensembles comprenant au moins un dispositif électrochimique et un système périphérique permettant le fonctionnement dudit dispositif électrochimique

Plus précisément, la présente invention porte sur la détection, la localisation et l'identification de défauts (ou dysfonctionnements) dans de tels ensembles électrochimiques.

La présente invention permet ainsi d'améliorer la fiabilité et la durée de vie des dispositifs électrochimiques, seuls ou environnés dans un système électrochimique.

La présente invention trouve ainsi de nombreuses applications industrielles avantageuses notamment pour éviter des dégradations irréversibles sur les ensembles électrochimiques ou un arrêt de leur fonctionnement.

Par système périphérique d'un dispositif électrochimique, on entend ici l'ensemble des composants, quelle que soit leur nature (hydraulique, fluidique, mécanique, électrique, électronique, etc.), permettant le fonctionnement d'un dispositif électrochimique.

Enfin, par défaut ou dysfonctionnement au sens de la présente invention, il faut comprendre tous types de défauts, tels que par exemple une défaillance ponctuelle ou une dégradation longue durée, susceptibles de générer une chute de performances dans un dispositif électrochimique et/ou dans un système périphérique tels que définis ci-dessus. Etat de la technique

Il existe aujourd'hui de multiples dispositifs dits « électrochimiques ».

Une première catégorie de ce type de dispositifs concerne les dispositifs convertissant de l'énergie chimique en énergie électrique, afin de fournir cette énergie à des appareils électriques ou de la stocker pour pouvoir la fournir ultérieurement. Comme expliqué ci-dessus, de tels dispositifs peuvent être par exemple des batteries, des piles à combustible ou encore des super-capacités.

Une deuxième catégorie de ce type de dispositifs concerne les dispositifs utilisant divers procédés faisant appel à l'électricité pour réaliser des réactions chimiques, ou pour séparer des produits ou des réactifs entre eux. De tels dispositifs utilisent couramment des procédés dits « électrochimiques » tels que par exemple l'électrolyse, Γ électrodéposition, Γ électroérosion ou Pélectro-flottation.

Il est connu que la fiabilité et la durée de vie de ces dispositifs sont limitées par divers phénomènes.

Concernant les piles à combustibles par exemple, deux phénomènes principaux sont identifiés et conduisent à la chute de leurs performances, voire à une défaillance complète :

d'une part, le cyclage et/ou le fonctionnement en mode transitoire (soit par accumulation des arrêts et des démarrages, soit par variation de puissance demandée) peuvent entraîner une réduction de la durée de vie de ces dispositifs ;

d'autre part, certains incidents tels que les défauts de contrôle de certains paramètres du procédé électrochimique utilisé (interruption d'alimentation en réactifs, mauvaise gestion des produits et sous-produits de la réaction, etc.), l'empoisonnement du milieu, la défaillance d'un composant ou d'un module par exemple, peuvent survenir pendant leur fonctionnement.

Ces phénomènes délétères nécessitent l'utilisation de méthodes de diagnostic afin de permettre leur détection et leur éventuelle correction.

Les méthodes de détection de défauts classiques s'appuient le plus souvent sur la connaissance d'un certain nombre de paramètres, externes ou internes.

Ces méthodes nécessitent généralement une instrumentation spécifique, comme par exemple l'insertion de capteurs internes dans le dispositif électrochimique lui-même. Une telle instrumentation n'est pas toujours souhaitable, car elle est souvent coûteuse et n'est pas toujours facile à mettre en place, notamment compte tenu de la géométrie des dispositifs électrochimiques rarement adaptée à l'installation de capteurs.

De plus, les capteurs induisent, du fait de leur insertion, une altération du dispositif pouvant augmenter la probabilité d'apparition de défauts et conduisant à de faux diagnostics.

Enfin, dans le cas de l'utilisation d'un dispositif électrochimique pour des applications mobiles embarquées, la taille du dispositif doit être réduite au minimum, ainsi que celle de l'instrumentation de diagnostic, ce qui ne permet pas d'utiliser les méthodes classiques.

Le document WO 2010/149935 propose une solution permettant de remédier à ces différents inconvénients.

L'enseignement technique de ce document permet en effet de détecter en temps réel et de manière non intrusive un défaut dans un dispositif électrochimique, ceci en utilisant une instrumentation minimale.

Néanmoins, l'enseignement technique de ce document WO 2010/149935 ne permet pas de distinguer les défauts situés au niveau du dispositif électrochimique lui- même de ceux situés au niveau du système périphérique.

En effet, outre les défauts liés au dispositif électrochimique qui peuvent entraîner une diminution de performance ou un arrêt dans le fonctionnement dudit dispositif électrochimique, certains défauts peuvent également intervenir au niveau du système périphérique.

Ces défauts qui interviennent au niveau du système périphérique peuvent également faire varier les conditions de fonctionnement du dispositif électrochimique.

Prenons l'exemple d'un ensemble électrochimique du type ensemble « pile à combustible ».

Un tel ensemble se compose essentiellement des éléments suivants : - le module de pile(s) à combustible en tant que tel, qui correspond au dispositif électrochimique au sens de l'invention, et

- le système périphérique comprenant notamment les différents sous-systèmes qui sont configurés respectivement pour alimenter les gaz réactifs et contrôler la température de fonctionnement du module.

Un tel ensemble permet donc de transformer directement (c'est-à-dire sans combustion) l'énergie chimique contenue dans les gaz combustibles tels que l'hydrogène en énergie électrique.

Une défaillance du système périphérique qui peut, par exemple, entraîner une fuite de gaz à l'entrée d'une pile à combustible engendre une réduction du flux de gaz réactif. Dans ces conditions de fonctionnement, la pile subit un appauvrissement en gaz qui engendre une dégradation au niveau du matériau catalytique de la pile à combustible.

On comprend donc dans cet exemple qu'un défaut situé au niveau du système périphérique peut influencer directement le fonctionnement propre de la pile à combustible ainsi que ses performances.

Le document WO 2010/149935 ne permet pas d'identifier et distinguer les défauts situés au niveau du dispositif électrochimique de ceux situés au niveau du système périphérique

De la même façon, la publication « Non intrusive diagnosis of polymer electrolyte fuel cells by wavelet packet transform » (Nadia Yousfî Steiner et al) propose un traitement des signaux issus d'un dispositif électrochimique pour la détection d'un défaut au niveau dudit dispositif. En tout état de cause, le traitement des signaux proposé dans cette publication ne permet pas d'identifier la présence d'un défaut au niveau du système périphérique.

Il est donc important de pouvoir identifier et distinguer les défauts situés au niveau du dispositif électrochimique de ceux situés au niveau du système périphérique.

Cette distinction (ou « localisation ») permet notamment : d'une part, d'affiner les opérations de maintenance en permettant d'agir directement sur le ou les éléments concernés, et

d'autre part, d'affiner les actions correctives et de les cibler afin de prolonger la durée de vie du dispositif électrochimique et/ou du système.

Résumé et objet de la présente invention

La présente invention vise à améliorer la situation actuelle décrite ci-dessus.

Un des objectifs de la présente invention est de permettre cette localisation, ceci sans rajouter de capteurs supplémentaires ni au niveau du dispositif électrochimique ni au niveau du système périphérique.

Un des concepts sous-jacents à la présente invention repose sur un traitement spécifique permettant une extraction et une analyse d'une signature d'un signal mesuré au niveau du dispositif électrochimique lui-même.

A cet effet, l'objet de la présente invention porte sur un procédé de localisation d'un ou plusieurs défauts dans un ensemble comprenant un dispositif électrochimique et un système périphérique du dispositif électrochimique.

Selon la présente invention, le procédé est mis en œuvre par des moyens informatiques.

Avantageusement, le procédé selon l'invention comporte une étape de décomposition consistant à appliquer une transformée en ondelettes sur un signal mesuré sur le dispositif électrochimique.

Cette transformée en ondelettes peut être par exemple soit une transformée en ondelettes discrète ou soit une transformée en ondelettes continue.

De préférence, le signal mesuré sur le dispositif électrochimique est un signal électrique relatif par exemple à une tension mesurée aux bornes du dispositif électrochimique. L'homme du métier comprendra ici que d'autres signaux tels qu'un signal relatif au courant ou à la pression peuvent également être mesurés dans le cadre de la présente invention. Le contenu fréquentiel de ce signal correspond à une superposition de plusieurs phénomènes (électrochimiques, électriques, fluidiques, thermique, etc.) qui peuvent être détectés et identifiés par leur temps de réaction (constante de temps). Ces différents phénomènes peuvent se refléter dans plusieurs mesures telles que par exemple la tension, le courant ou encore la pression. Les régulations qui contrôlent le système sont également connues et peuvent être identifiées sur différents signaux. Cela permet de remonter à l'élément du système qui est en défaillance.

Cette transformation en ondelettes permet de décomposer le signal en une pluralité de sous-signaux représentés chacun par des coefficients d'ondelettes, chaque sous-signal correspondant à un niveau de résolution déterminé du signal.

Avantageusement, le procédé de localisation selon la présente invention comporte une étape de quantification qui consiste notamment à estimer la distribution de l'énergie de chaque sous-signal à partir des coefficients d'ondelettes.

Cette étape permet ainsi de quantifier le niveau d'information contenue dans chaque sous-signal.

Avantageusement, le procédé de localisation selon la présente invention comporte en outre une étape de détermination qui consiste notamment à calculer au moins une grandeur, tel que par exemple une entropie relative d'ondelettes, pour des sous-signaux sélectionnés.

Dans un mode de réalisation avantageux de la présente invention, cette grandeur est calculée pour la distribution de l'énergie des sous-signaux sélectionnés.

Dans un autre mode de réalisation, cette grandeur est calculée pour les coefficients d'ondelettes de chaque sous-signal sélectionné.

Par sous-signaux sélectionnés, il faut comprendre ici des sous-signaux contenant un niveau d'information significative prédéterminé. Ces sous-signaux peuvent par exemple être sélectionnés lors d'une étape de sélection au cours de laquelle les sous- signaux ayant des coefficients d'ondelettes contenant un niveau d'information satisfaisant un critère de sélection déterminé sont sélectionnés. La détermination de ce critère de sélection peut se faire par exemple selon une analyse statistique de la distribution de l'énergie pour les sous-signaux.

Ce critère peut être statique ou dynamique. En d'autres termes, ce critère peut être déterminé en fonction des variations de la distribution de l'énergie pour chaque sous- signal au cours du temps. Il peut également être déterminé de façon statique par exemple en fonction d'un niveau d'énergie à atteindre.

Ce calcul d'une ou plusieurs grandeurs lors de l'étape de détermination permet l'obtention d'une signature du signal, cette signature constituant un indicateur pertinent pour localiser et identifier un défaut dans le dispositif électrochimique et/ou dans son système périphérique.

Cette signature correspond de préférence à une estimation de la différence entre la distribution d'énergie du signal mesuré et celle d'un signal de référence (ce signal de référence peut par exemple être un signal mesuré correspondant à un état normal de fonctionnement de l'ensemble électrochimique).

Ensuite, le procédé selon la présente invention comporte une étape de localisation qui consiste notamment à analyser la signature du signal pour localiser un défaut dans ledit ensemble.

Plus particulièrement, chaque phénomène (électrochimique, électrique, fluidiques, thermique, etc.) correspond à des constantes de temps bien distinctes qui peuvent être séparées. Les signatures contiennent la fréquence caractéristique de ces phénomènes et de ce fait, permettent l'isolation de ces constantes de temps ce qui permet d'identifier le phénomène responsable de la défaillance et la caractéristique de la régulation qui permet d'isoler l'élément concerné dans le système.

Ainsi, grâce à cette succession d'étapes techniques, caractéristique de la présente invention, il est possible de localiser précisément le ou les éventuels défauts dans un ensemble composé d'un dispositif électrochimique et d'un système périphérique.

L'approche développée ici permet donc de suivre l'évolution des conditions de fonctionnement d'un ensemble électrochimique tel qu'un ensemble « pile à combustible » pour pouvoir évaluer l'état de santé dudit ensemble et détecter de manière précoce l'occurrence de défauts au niveau du dispositif électrochimique en tant que tel et du système périphérique.

Plus précisément, l'approche développée ici se base sur la détermination de valeurs caractéristiques de l'état de santé de l'élément électrochimique et de son système périphérique.

A cet effet, une transformée en ondelettes est employée pour décomposer les signaux issus de mesures simples sur le dispositif électrochimique (par exemple la mesure d'une tension ou d'un courant).

Cette transformation a l'avantage de conserver l'énergie du signal et de la redistribuer sous une forme plus concentrée sur un nombre limité de composantes à différents niveaux de résolution.

La demanderesse observe qu'aux différentes conditions de fonctionnement (normale, déviante, anormale, etc.), la distribution de l'énergie d'ondelettes dans le signal issu du dispositif électrochimique présente théoriquement des caractéristiques différentes.

C'est sur la base de l'analyse de ces différences que les indicateurs de défaut sont identifiés et déterminés en vue de différencier les états normaux et anormaux du fonctionnement d'un dispositif électrochimique et de son système.

Une identification du défaut est également possible en utilisant une base de connaissance préétablie.

Cette localisation et cette identification est donc permise notamment par l'analyse spécifique de la signature du signal. De préférence, cette analyse prévoit une comparaison des variations de la signature du signal avec un ou plusieurs seuils de discrimination prédéterminés. On parle d'une localisation par seuillage discriminatif.

De préférence, les seuils de discrimination sont obtenus par :

- une estimation du bruit et la connaissance des intervalles de fréquences, et/ou

- un retour d'expérience par apprentissage sur la base de plusieurs échantillons représentatifs. Grâce à cette analyse, le procédé selon la présente invention permet de définir un outil de diagnostic capable de discriminer les défauts liés au dispositif électrochimique lui-même de ceux liés au système périphérique.

La connaissance des constantes de temps liées à la nature du phénomène en jeu est une première étape d'isolation. Ensuite, la connaissance des différentes régulations mise en œuvre dans le système permettent d'affiner cette isolation pour permettre cette localisation.

Dans ce procédé, le dispositif électrochimique est en même temps utilisé comme capteur de défauts pour lui-même et pour le système périphérique.

Du fait de la limitation du nombre de capteurs utilisés, le diagnostic peut être embarqué, et est exécuté en temps réel.

De plus, le diagnostic réalisé utilise des signaux mesurés à une fréquence d'échantillonnage relativement basse. L'acquisition de tels signaux ne nécessite donc pas le recours à des équipements haut de gamme ; l'utilisation d'équipements standards est ici suffisante et permet de réduire le coût du diagnostic.

Dans une variante de réalisation avantageuse, lorsque la comparaison réalisée entre les variations de la signature du signal et le seuil de discrimination prédéterminé n'a pas permis de détecter un défaut (par exemple si les entropies relatives d'ondelettes ne sont pas discriminatives), le procédé comporte la réitération de l'étape de sélection en élargissant le critère de sélection déterminé, ceci par exemple pour sélectionner d'autres sous-signaux qui comprennent une information moins significative.

Corrélativement, l'objet de la présente invention porte sur un programme d'ordinateur qui comporte des instructions adaptées pour l'exécution des étapes du procédé de localisation tel que décrit ci-dessus, ceci notamment lorsque ledit programme d'ordinateur est exécuté par un ordinateur

Un tel programme d'ordinateur peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme d'un code source, d'un code objet, ou d'un code intermédiaire entre un code source et un code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.

De même, l'objet de la présente invention porte sur un support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé de localisation tel que décrit ci- dessus.

D'une part, le support d'enregistrement peut être n'importe quel entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une mémoire ROM, par exemple un CD-ROM ou une mémoire ROM de type circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette de type « floppy dise » ou un disque dur.

D'autre part, ce support d'enregistrement peut également être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, un tel signal pouvant être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio classique ou hertzienne ou par faisceau laser autodirigé ou par d'autres moyens. Le programme d'ordinateur selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.

Alternativement, le support d'enregistrement peut être un circuit intégré dans lequel le programme d'ordinateur est incorporé, le circuit intégré étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.

L'objet de la présente porte également sur un système informatique de localisation de défaut qui comporte des moyens informatiques configurés pour mettre en œuvre les étapes du procédé décrit ci-dessus.

Plus particulièrement, le système de localisation selon la présente invention comporte notamment les moyens informatiques suivants :

- un module d'acquisition configuré pour acquérir une mesure d'un signal sur le dispositif électrochimique,

- un calculateur informatique configuré pour : • appliquer une transformée en ondelettes sur le signal pour décomposer le signal en une pluralité de sous-signaux représentés chacun par des coefficients d'ondelettes, chaque sous-signal correspondant à un niveau de résolution dudit signal,

• estimer la distribution de l'énergie de chaque sous-signal à partir des coefficients d'ondelettes pour quantifier le niveau d'information contenue dans chaque sous-signal, ladite distribution étant estimée en calculant la somme des valeurs absolues au carré des coefficients d'ondelettes de chaque sous-signal ;

• sélectionner selon une analyse statistique les sous-signaux ayant des coefficients d'ondelettes contenant un niveau d'information satisfaisant un critère de sélection déterminé, et

• calculer au moins une grandeur pour des sous-signaux sélectionnés pour déterminer une signature du signal, les sous-signaux sélectionnés étant les sous-signaux contenant un niveau d'information significative prédéterminé, et

un circuit de traitement configuré pour analyser la signature du signal afin de permettre la localisation d'un défaut dans ledit ensemble.

Ainsi, l'objet de la présente invention, par ses différents aspects fonctionnels et structurels, permet une localisation ainsi qu'une identification précise des défauts dans un ensemble électrochimique tel que par exemple une pile à combustible, une batterie, un condensateur ou encore un électrolyseur.

Brève description des figures annexées

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-dessous, en référence aux figures la à 8 annexées qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur lesquelles :

la figure la représente un organigramme illustrant le procédé de localisation selon un exemple de réalisation avantageux; la figure lb représente de façon schématique un système de localisation selon la présente invention avec un ensemble électrochimique ;

la figure 2 représente de façon schématique la décomposition d'un signal reçu d'un dispositif électrochimique en une pluralité de coefficients d'ondelettes selon un niveau de résolution déterminé ;

la figure 3a représente un histogramme relatif aux Pourcentages d'Energie des Coefficients d'Ondelettes de quatre détails associés à la dégradation d'une pile à combustible à oxyde solide selon un exemple de réalisation avantageux ;

la figure 3b représente un graphique représentant l'évolution de l'entropie relative du signal de tension mesuré aux bornes d'une pile à combustible à oxyde solide conforme à la figure 3 a ;

la figure 4 représente un histogramme relatif aux Pourcentages d'Energie des Coefficients d'Ondelettes de six détails associés à une pile à combustible à oxyde solide en bonne santé et en état de fonctionnement normal ;

la figure 5 représente dans l'exemple 1 la distribution d'énergie des signaux des six cellules d'une pile à combustible selon seize conditions d'opération différentes ;

la figure 6 représente dans l'exemple 1 l'évolution de la valeur d'entropie relative des signaux de tension de chaque cellule d'une pile à combustible selon la figure 5 en fonction des conditions d'opération ;

La figure 7 représente dans l'exemple 2 la valeur d'entropie relative du signal de tension de chaque cellule d'une pile à combustible pour une condition normale ; et

La figure 8 représente l'évolution des valeurs d'entropie relative des signaux de tension d'une cellule dégradée et d'une cellule en bonne santé aux conditions de fonctionnement différentes.

Description détaillée d'un mode de réalisation avantageux

Un procédé de localisation et le système informatique 100 qui lui est associé vont maintenant être décrits dans ce qui suit en faisant référence conjointement aux figures la à 8. Permettre la localisation d'un ou plusieurs défauts dans un ensemble électrochimique ENS est un des objectifs selon la présente invention.

L'exemple décrit ici porte précisément sur un ensemble « pile à combustible ».

Plus particulièrement, cet exemple porte sur un ensemble « pile à combustible » composé :

- d'un module de pile à combustible PAC composé de six piles cl à c6, et

- d'un système périphérique PER qui permet son bon fonctionnement (voir figure lb).

On comprend ici que cet exemple est purement illustratif, et ne serait en aucun cas présenter un caractère limitatif. En effet, l'homme du métier comprendra aisément que le procédé selon la présente invention s'applique à d'autres ensembles électrochimiques tels que par exemple les batteries, les condensateurs, ou encore les électrolyseurs. En effet, le procédé décrit ci-après ne nécessitera aucune opération d'adaptation particulière pour s'appliquer à d'autres ensembles électrochimiques.

Dans l'exemple décrit ici, le procédé de localisation selon la présente invention sélectionne un ou plusieurs signaux pertinents qui doivent être informatifs et représentatifs pour les comportements (normaux et anormaux) de l'ensemble électrochimique ENS étudié, à savoir ici un ensemble « pile à combustible ».

Ces signaux permettent d'établir un signal de référence, ce signal représentant un signal brut relatif au fonctionnement nominal de l'ensemble ENS.

Le signal de référence est de la même nature que celui mis en œuvre pour la localisation et le diagnostic. En l'espèce, ce signal de référence est ici un signal électrique.

Ce signal de référence est utilisé pour la localisation, comme on le comprend dans la suite du texte ci-après.

Dans l'exemple décrit ici, et tel qu'illustré en figure la, le procédé de localisation selon la présente invention prévoit une mesure SO d'un ou plusieurs signaux électriques f issus du module de pile à combustible PAC. Dans l'exemple décrit ici, le dispositif électrochimique PAC est utilisé en tant que capteur de l'état de santé du système périphérique PER ainsi que de lui-même PAC ; ainsi un signal électrique relatif à une tension ou un courant est un signal approprié capable de refléter l'état de santé de l'ensemble ENS.

Dans cet exemple, les signaux f sont donc des signaux représentatifs d'une tension mesurée aux bornes du module de pile à combustible PAC.

L'homme du métier comprendra ici que d'autres ensembles électrochimiques peuvent être étudiés. En effet, les ensembles électrochimiques présentent sur le plan fonctionnel de nombreuses similarités. Par ailleurs, des phénomènes de même nature prennent place au sein des ensembles électrochimiques.

Un des points communs de tous les ensembles électrochimiques demeure les fréquences caractéristiques (qui restent les mêmes d'un ensemble électrochimique à l'autre) et qui vont être isolées selon l'approche proposée dans la présente invention. En effet, comme évoqué ci-dessus, le contenu fréquentiel du signal choisi est la superposition de plusieurs phénomènes (électrochimiques, électriques, fluidiques, thermiques, etc.) qui peuvent être détectés et identifiés par leur temps de réaction (constante de temps). Ces différents phénomènes se reflètent dans plusieurs mesures telles que la tension, le courant, la pression. Les régulations qui contrôlent le système sont aussi connues et peuvent être identifiées sur différents signaux. Cela permet de remonter à l'élément du système qui est en défaillance.

Comme évoqué précédemment, ces mesures peuvent être réalisées par un module d'acquisition classique 10 (représenté en figure lb). En d'autres termes, on peut ici utiliser un module d'acquisition qu'on trouve dans le commerce, qui n'est pas cher et qui permet la mesure de signaux électriques tels que par exemple une mesure de tension aux bornes d'un module de pile à combustible.

Ensuite, comme illustré en figure 2, le calculateur informatique 20 du système 100 décompose, lors d'une décomposition SI, les signaux f mesurés selon plusieurs niveaux de résolution j, j étant compris ici entre 0 et 5. La demanderesse soumet que cette variable j est fonction notamment de la nature du signal f mesuré, la nature du dispositif électrochimique PAC, la durée d'enregistrement du signal, ou encore du type de décomposition réalisée.

Dans l'exemple de réalisation décrit ici, cette décomposition utilise une transformée en ondelettes Ψ discrète.

Le choix de l'ondelette Ψ est également fonction notamment de la nature du signal f mesuré et de l'ensemble ENS étudié (l'ondelette Ψ doit présenter de préférence le plus de similitudes possibles avec le signal f).

Dans l'exemple décrit ici, on utilise les ondelettes dites de Daubechies de faible ordre : celles-ci fonctionnent correctement pour les Piles à Combustible.

Cette transformée en ondelettes Ψ discrète permet donc de décomposer le signal f en une pluralité de sous-signaux qui peuvent être séparés en deux catégories : les approximations et les détails.

La dernière catégorie des sous-signaux (c'est-à-dire les signaux relatifs aux détails) recouvre les aspects les plus dynamiques du signal f d'origine et contient donc des informations dites « significatives » qui sont représentatives de l'état de santé du dispositif électrochimique PAC et de son système périphérique PER.

L'étude de ces détails est caractéristique de l'invention.

La discrimination détails/approximations des sous-signaux à étudier est réalisée en fonction d'un critère de sélection prédéterminé, qui permet de séparer les sous-signaux relatifs à des approximations des sous-signaux relatifs à des détails (qui eux contiennent une information significative).

Dans l'exemple décrit ici, pour la Pile à Combustible, les critères de sélection sont les suivants :

- Energie/Entropie dépassant un certain seuil,

- Energie/Entropie en dessous d'un certain seuil, et

- Energie/Entropie dans un intervalle. TToouutt ccoommmmee ppoouurr ll''aapppprrooxxiimmaattiioonn,, cchhaaqquuee ddééttaaiill eesstt rreepprréésseennttéé ppaarr uunn vveecctteeuurr ddeess ccooeeffffiicciieennttss dd''oonnddeelleetttteess.. DDaannss ll''eexxeemmppllee iilllluussttrréé iiccii eenn f fiigguurree 22,, oonn ddiissttiinngguuee ddoonncc lleess ccooeeffffiicciieennttss dd''oonnddeelleetttteess rreellaattiiffss aauuxx aapppprrooxxiimmaattiioonnss,, nnoottééss ccAAi ssuurr llaa ffiigguurree 22 ((ooùù jj eesstt ccoommpprriiss eennttrree 11 eett 55)) ddeess ccooeeffffiicciieennttss dd''oonnddeelleetttteess rreellaattiiffss aauuxx ddééttaaiillss,, nnoottéé ccDDii ssuurr llaa ffiigguurree 22 ((ooùù jj eesstt ccoommpprriiss eennttrree 11 eett 55))..

CCoommmmee éévvooqquuéé ccii--ddeessssuuss,, lleess ccooeeffffiicciieennttss dd''oonnddeelleetttteess qquuii vvoonntt êêttrree sséélleeccttiioonnnnééss eett ttrraaiittééss ssoonntt cceeuuxx rreellaattiiffss aauuxx ddééttaaiillss ddaannss llaa mmeessuurree ooùù cceeuuxx--ccii ccoonnttiieennnneenntt ll''iinnffoorrmmaattiioonn ssiiggnniiffiiccaattiivvee qquuee ll''oonn cchheerrcchhee àà ddéétteecctteerr eett llooccaalliisseerr..

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PPoouurr pplluuss ddee ccllaarrttéé,, lleess ccooeeffffiicciieennttss dd''oonnddeelleetttteess rreellaattiiffss aauuxx ddééttaaiillss ssoonntt nnoottééss ddaannss llaa ssuuiittee ddee llaa ddeessccrriippttiioonn ccoommmmee ssuuiitt cc ,■ ((k)) ,, ooùù cc ,, ((kk))

On comprend ici que k est un entier positif compris entre 1 et N, N étant fonction notamment du signal f et de sa durée d'enregistrement.

Ensuite, dans l'exemple décrit ici, le calculateur 20 estime, lors d'une étape de quantification S2, la distribution de l'énergie Ej de chaque sous-signal à partir des coefficients d'ondelettes c , (k) . Ce calcul est réalisé selon la formule suivante : Le calculateur 20 réalise donc un calcul sur la somme des coefficients d'ondelette au carré (l'énergie) pour quantifier le niveau d'information contenue dans chaque détail.

Dans ce calcul, les coefficients d'ondelette c .(£) sont normalisés pour rendre plus claire la distribution de l'énergie Ej sur différentes bandes de fréquences.

Chaque vecteur de coefficients C _j {k) se transforme en une quantité scalaire décrivant la fraction de l'énergie E _j du signal f contenue sur la bande de fréquence correspondante. L'ensemble des fractions d'énergie représente la distribution de l'énergie du signal sur toutes les bandes de fréquence.

Cette distribution de l'énergie Ej s'est révélée avoir une relation étroite avec l'état de fonctionnement de l'ensemble électrochimique ENS.

En effet, la figure 3a montre l'évolution de la dégradation d'une pile à combustible à oxyde solide (également connu sous l'anagramme « SOFC ») qui a pu se refléter par l'évolution du PECO (Pourcentage d'Energie des Coefficients d'Ondelettes) présent dans le signal tension.

Dans cet exemple, on représente l'évolution dans le temps de la distribution d'énergie (PECO) pour quatre sous-signaux correspondant à quatre détails : dl, d2, d3 et d4.

Sur cette figure 3a, on observe notamment une augmentation d'environ 20% du PECO pour le quatrième détail d4, ce qui en a entraîné une réduction de 20%> pour le premier détail dl .

Cette figure 3 a montre ainsi la relation étroite existante entre les défauts (conditions anormale) et la distribution de l'énergie.

Ensuite, le calculateur 20 permet de sélectionner lors d'une sélection S3 les sous- signaux (c'est-à-dire les détails) qui sont significatifs.

Cette sélection prévoit une analyse de la distribution des énergies à l'aide d'approches statistiques permettant de déterminer les niveaux de détails qui sont significatifs. Comme mentionné précédemment, dans l'exemple décrit ici, les approches statistiques pour déterminer ces niveaux prévoient l'utilisation de critères comme la comparaison avec des seuils prédéterminés. Selon ces approches, les seuils peuvent être régler en fonction du système utilisé et sont définis, soit par la connaissance du système utilisé, soit par un retour d'expérience et donc une généralisation par « des méthodes d'apprentissage ».

Dans l'exemple décrit ici servant uniquement à titre illustratif, la figure 4 montre un groupe d'histogrammes des PECOs présents dans les signaux de tension d'une pile à combustible du type SOFC aux différentes périodes de fonctionnement.

Dans cet exemple, on représente l'évolution dans le temps de la distribution d'énergie (PECO) pour six sous-signaux correspondant à six détails : dl, d2, d3, d4, d5 et d6.

On observe sur cette figure 4 que le sixième détail d6 dans les deux premiers périodes occupe une portion de l'énergie relativement grande par rapport à celui dans les autres périodes, ce qui conduit à une réduction de PECO du premier détail dl .

Ceci est dû à la perturbation du détail d6 qui en fait ne s'associe pas avec l'état de santé de la pile à combustible. Par conséquent, le détail au sixième niveau ne devrait pas être pris en compte dans le calcul de PECO.

Cette sélection S3 permet donc de filtrer les détails qui ne sont pas significatifs.

La sélection S3 sur les sous-signaux étant réalisée, le calculateur 20 procède ensuite à une détermination S4 au cours de laquelle une grandeur est calculée pour ces sous-signaux.

Cette grandeur est dans l'exemple décrit ici une entropie relative ER d'ondelettes qui se calcule selon la formule suivante :

ER = -∑p _k * H— )

* g _k

où p _k est un pourcentage d'énergie des coefficients d'ondelettes égal à :

et q est un vecteur des pourcentages d'énergie du signal de référence mentionné ci- dessus.

Cette grandeur, ici l'entropie relative des coefficients d'ondelettes, permet ainsi de déterminer une signature du signal qui dans l'exemple décrit ici est une mesure de la différence entre les distributions d'énergie de deux signaux (le signal f et le signal de référence).

L'entropie désigne de manière générale une quantité représentative du « désordre ». En l'espèce, cette entropie permet de quantifier un nombre d'information de sources (phénomènes) différentes.

Dans l'exemple décrit ici, l'entropie relative calculée ici selon la formule ci-dessus permet d'obtenir des mesures comprise entre 0 et 1, ce qui est plus aisément comparable que les mesures réalisées directement entre le signal étudié et la référence.

En reprenant l'exemple décrit ci-dessus pour un SOFC qui se dégrade (figure 3a), on constate sur la figure 3b que l'entropie relative du signal de tension augmente dans le temps avec la dégradation.

Ensuite, le circuit de traitement 30 du système 100 permet une localisation S5 des défauts dans l'ensemble ENS. Au cours de cette localisation S5, la signature du signal est analysée de manière à permettre la localisation d'un défaut dans ledit ensemble ENS.

Plus particulièrement, lors de cette étape, on détermine des seuils de discrimination à partir desquels un défaut peut être considéré comme présent.

Dans l'exemple décrit ici, les seuils de discrimination sont obtenus par :

- une estimation du bruit + la connaissance des intervalles de fréquences, et/ou

- un retour d'expérience sur la base de plusieurs échantillons représentatifs

Si les valeurs d'entropie ER ne sont pas assez discriminatives pour différencier les situations normales des situations anormales, il faut retourner à l'étape de sélection S3 et refaire la sélection des détails significatifs en reprenant un critère de sélection moins sélectif.

Quand un défaut du module PAC s'est produit, la distribution d'énergie du signal f demeure plus désordonnée que celle avec un défaut du système périphérique PER. C'est cette différence qui nous permet de distinguer ces deux genres de défaut. En fait, la distribution d'énergie d'un signal f caractérise la forme de spectre de fréquence du signal.

C'est cette analyse, dite par seuillage discriminatif, qui est réalisée pour déterminer cette localisation du défaut dans l'ensemble.

Le document WO 2010/149935 ne propose que l'utilisation d'une transformation par paquets d'ondelettes, ce qui permet d'exploiter le contenu fréquentiel du signal plus profondément que la transformation discrète en ondelettes, sans pour autant permettre une localisation.

De façon contraire, dans la présente invention, c'est la transformation discrète en ondelettes qui est utilisée et qui permet répartir le contenu fréquentiel d'un signal pour des bandes de fréquence de largeur différente. L'analyse d'une grandeur telle que l'entropie pour les sous-signaux pertinents permet de réaliser la localisation des défauts en étudiant la répartition du contenu fréquentiel pour des bandes de fréquence de largeur différente

Dans la suite de cette description, différents exemples d'applications sont exposés en références aux figures correspondantes.

Exemple 1 :

Dans cet exemple, un ensemble composé de six piles à combustible à oxyde solide ou cellules (notées cl à c6) est étudié en condition nominale selon quatre répétitions (comme illustré en figure lb).

Ces tests en condition nominale sont nommés respectivement C0-1, CO-2, C0-3 et CO-4.

Ensuite, seize conditions d'opérations « déviantes » ont été étudiées ; ces tests en condition déviantes sont nommés respectivement de Cl à Cl 6. Parmi ces seize opérations déviantes, C4 et C12 sont considérés en tant que « conditions de fonctionnement anormales à détecter » (utilisation de gaz est à niveau élevé et courant faible).

À chaque condition, les signaux de tension des piles cl à c6 ont été étudiés conformément au processus décrit ci-dessus.

Les PECO de chaque signal de ces piles cl à c6 sont calculés et présentés dans la figure 5.

On peut constater sur cette figure 5 que les distributions de valeur des PECO pour les signaux de chaque pile cl à c6 aux conditions d'opération anormales (C4 et C12) sont différentes de celles aux autres conditions : les pourcentages d'énergie présents sur les détails (détail Dl, détail D2, détail D3, détail D4 et détail D5) ne sont pas dans l'ordre décroissant.

L'entropie relative ER des PECO pour chaque signal étudié a ensuite été calculé en utilisant le signal de référence C0-1, ces calculs sont représentés en figure 6.

Comme illustré sur cette figure 6, pour chaque pile, les entropies ER pour les conditions C4 et C12 présentent un pic par rapport aux autres entropies calculées.

Ces calculs mettent en évidence que l'entropie relative ER permet de distinguer les conditions d'opération anormales (C4 et C12) de celles tolérantes/normales.

Exemple 2 :

Dans cet exemple, l'essai s'est déroulé sur le même module pile à combustible que celui de l'exemple 1 ci-dessus. Par contre, dans cet exemple, la cellule c3 au milieu du module est gravement dégradée.

La figure 7 qui représente l'entropie relative de chaque pile à la condition C0-3 montre que la pile c3 s'est fortement dégradée : l'entropie relative de cette pile c3 est beaucoup plus grande que celle des autres piles.

En comparant la figure 7 à la figure 8, on observe que cette valeur (supérieure à 0,7) est aussi plus grande que les valeurs de l'entropie relative quand les piles cl et c3 (avant la dégradation) fonctionnent à des conditions anormales C4 et C12 (respectivement inférieure à 0,5 et supérieure à 0,15).

En conséquence, il est possible ici de définir un seuil, noté ici Seuil 1, pour la valeur 0,5 afin de différentier le défaut du système PER de celui dans la pile PAC.

En plus, un autre seuil, noté ici Seuil 2, peut également se mettre à la valeur 0,15 en vue de distinguer le mode d'opération avec un défaut de celui sans défaut.

La figure 8 donne les valeurs de l'entropie relative ER de la pile c3 dégradée (à partir de la condition C6) et de la pile cl en bonne santé aux conditions de fonctionnement différentes.

Avant la dégradation de cette pile c3, les valeurs d'entropie de ces signaux de tension aux C0-1 et C10 sont quasiment nulles.

De façon contraire, après la dégradation de cette pile c3, la valeur de l'entropie relative ER à chaque condition de fonctionnement est supérieure à 0.5, c'est-à-dire, au dessus du seuil de différentiation (Seuil 1) entre des défauts du système de celui de la pile.

Pour la pile cl en bonne santé, quand elle fonctionne aux conditions anormales C4 et C12, la valeur d'ER de son signal de tension se trouve donc entre les deux seuils Seuil 1 et Seuil 2, en indiquant l'occurrence de défaut du système.

Ainsi, les différents exemples décrits ici permettent d'apprécier l'exploitation qui peut être réalisée d'une grandeur telle que l'entropie pour déterminer la localisation précise des défauts dans un ensemble électrochimique ; de préférence, cette localisation utilise une discrimination par seuillage.

Il devra être observé que cette description détaillée porte sur un exemple de réalisation particulier de la présente invention, mais qu'en aucun cas cette description ne revêt un quelconque caractère limitatif à l'objet de l'invention ; bien au contraire, elle a pour objectif d'ôter toute éventuelle imprécision ou toute mauvaise interprétation des revendications qui suivent.