Modular and Scalable Fuel Cell System for On-road Heavy-duty Electrified Vehicles

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

- Réf **ABG-132431**
- Sujet de Thèse
- 10/06/2025
- Autre financement public
- Université de Lille - L2EP
- Lieu de travail- Lille / Belfort - Les Hauts de France - France
- Intitulé du sujet- Modular and Scalable fuel cell system for on-road heavy-duty electrified vehicles
- Champs scientifiques- Sciences de l’ingénieur
- Energie
- Mots clés- Hygrogen vehicles, Modularity, Scalability, Fuel Cell

**Description du sujet**:

- The English version of the text appears below._
- 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 2019. 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.
- Unlike for new on-road light-duty vehicles, for which mandatory carbon dioxide (CO_2_) emissions standards have been in place in the European Union (EU) for a decade, the CO_2_ emissions standards for new on-road Heavy-Duty Vehicles (HDV) were only adopted in 2019. This delay is particularly due to more stringent requirements, to substitute the diesel engine-based HDV, in terms of lifetime, driving range or refueling time. Today, a fast deployment of new types of on-road HDV to reduce the ecological footprint of transportation is then required. To tackle this, the EU aims to deploy zero-emission vehicles using battery or hydrogen fuel cell. In order to expect a rapid growth of these vehicles the trend is to develop scalable and modular platforms. Applied to the power supplies, the modular and scalable platforms result to use multi-module batteries and multi-stack fuel cells. For this purpose, MARSHALL (ModulAR and Scalable battery and fuel cell systems for on-road HeAvy-duty eLectrified vehicLes) is a new project, funded by the French National Research Agency (ANR), within the framework of the French national network MEGEVH on the electrified vehicles, between three labs; Ampère, FEMTO-ST and L2EP; to develop a generic methodology for the design of multi-module batteries and multi-stack fuel cells applied to on-road HDV. The ambition of the project is to accelerate the system architecture design process of the battery and fuel cell systems by at least 20%, thereby reducing the time-to-market of battery and fuel cell HDV._
- The PhD thesis aims to develop a generic method to scale single-stack fuel cell and m