Modélisation et commande du système d'alimentation en air pour le module de puissance d'un véhicule à pile à combustible avec reformeur embarqué

par Nicolas Romani

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Didier Dumur.


  • Résumé

    Les travaux de thèse ont pour thèmes la modélisation physique et la commande multivariable d'un système thermo-pneumatique complexe dans un contexte automobile. Menés dans le cadre d'une collaboration industrielle entre le Département d'Automatique de Supélec et la Direction de la Recherche de Renault, ils ont pour application principale le système d'alimentation en air d'un véhicule à pile à combustible avec reformeur de carburant embarqué. La conception et la commande d'un tel système déterminent de manière significative les caractéristiques et les performances d'un véhicule électrique intégrant une pile à combustible, la complexité augmentant lorsque la production d'hydrogène par reformage remplace le stockage d'hydrogène comprimé à haute pression. Les différentes étapes ont abouti au développement de modèles dynamiques représentatifs des non-linéarités et des couplages inhérents aux phénomènes acoustiques dans les fluides compressibles, et à l'identification des modèles des différents actionneurs et capteurs retenus pour cette application. Un modèle réduit et conditionné du système à commander a été dérivé du modèle non-linéaire global du système d'air, puis utilisé comme support de l'analyse et de la synthèse de stratégies de commande multivariables. Un banc d'essai expérimental reconstituant le système et prenant en compte les exigences futures d'intégration à bord d'un véhicule a été réalisé. Son exploitation a permis de tester les divers composants devant intégrer à terme le système "pile à combustible" du projet RESPIRE, mais aussi de valider les modèles et lois de commande du système d'air développés.

  • Titre traduit

    Air supply system modeling and control for the power plant of a fuel cell vehicule with onboard reformer


  • Résumé

    The thesis issues explained in this report concern physical modelling and multivariable control of a complex thermo-pneumatic system in an automotive context. Work has been led within the framework of an industrial collaboration between the Automatic Control Department of Supelec and the Research Department of Renault, and has for main application the air supply system of a fuel cell vehicle with on-board fuel reformer. It is necessary to state that design and control development of such a system determine in a significant way the characteristics and the performances of an electrical fuel cell vehicle, and that the complexity increases when the storage of high-pressure compressed hydrogen is substituted in the vehicle by the on-board production of reformed hydrogen. The various steps of the thesis have first permitted to develop representative and dynamic models of inherent nonlinearities and couplings of acoustic phenomena in the compressible fluids, and to identify the models of the various actuators and sensors specified for this application. A reduced model has been deduced from the global nonlinear model of the air system, and thus used as support of the analysis and the multivariable strategies synthesis. An important part of the work has consisted in setting up a test bench - representative of considered air supply system and well-adapted to future demands linked to vehicle integration. Thanks to this experimental means, the various components that should be integrated in the fuel cell system of the RESPIRE project have been evaluated, and the air system models and control laws developed during the thesis have been validated.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XVIII-281 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 279-281

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2007)186
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