Développement d'un simulateur Hardware-in-the-Loop (HIL) d'un système pile à combustible à membrane échangeuse de proton

par Mohamed Cherragui

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Mickaël Hilairet et de Stefan Giurgea.

Soutenue le 28-11-2017

à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; Dijon ; Belfort) , en partenariat avec Université de Franche-Comté (Site de préparation) et de Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST (laboratoire) .

Le président du jury était Xuefang Lin-Shi.

Le jury était composé de Mickaël Hilairet, Stefan Giurgea, Xuefang Lin-Shi, Éric Monmasson, Emmanuel Godoy, Robin Roche.

Les rapporteurs étaient Éric Monmasson, Emmanuel Godoy.


  • Résumé

    La pile à combustible (PàC) est une source d’énergie qui produit de l’électricité à partir de l’hydrogène et de l’oxygène.Elles sont très prometteuses pour la production d'énergie électrique. Néanmoins, la PàC souffre encore d’imperfections limitant ainsi sa commercialisation à grande échelle, tout particulièrement pour les applications de transport.C’est pourquoi, l’hybridation des différentes sources d’énergies est devenue une réalité pour les applications non-stationnaires telles que les véhicules tout électriques.Cependant ces applications nécessitent des solutions de gestion de l’énergie fiables prenant en compte toutes les contraintes du système électrique hybride.Par conséquent, le développement de plateforme de validation est nécessaire.Dans ce contexte, le Hardware In the Loop (HIL) est une technique très prometteuse, où une partie d’un système réel peut être remplacée par un système virtuel tout en respectant la communication entre ces sous-systèmes physiques et virtuels.Ce mémoire détaille des modèles dynamiques d'une pile à combustible échangeuse de proton (PEMFC) hybridée à des supercondensateurs.Par ailleurs, on détaille la gestion d’énergie entre ces deux sources, ainsi que le pronostic de la pile basé d’une part d’un filtre de Kalman étendu (EKF) pour l’estimation de l’état de santé (SoH) réel de la pile, et d’autre part, de la méthode Inverse First Order Reliability Method (IFORM) en vue d’estimer la durée de vie utile restante de la pile, tout cela dans une approche Hardware-In-The-Loop (HIL).

  • Titre traduit

    Design of a Hardware-In-the-Loop simulator of a Proton Exchange Membrane Fuel Cell system.


  • Résumé

    The fuel cell is a source of energy that generates electricity from hydrogen and oxygen.They are very promising candidates for the production of electric power.Nevertheless, the fuel cell still suffers from imperfections limiting its commercialization on a full scale, in particular for transport applications.This is the reason why, hybridization of different energy sources has become a reality for non-stationary applications such as all-electric vehicles.However, these applications require reliable energy management solutions that take into account all the constraints of the hybrid electrical system.Therefore, the development of validation platform is necessary.In this context, the Hardware In the Loop (HIL) is a very promising technique, where part of a real system can be replaced by a virtual system while respecting the communication between these physical and virtual subsystems.This document details the dynamic models of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) associated with supercapacitors.Furthermore, the energy management between these two sources and the prognostic of the fuel cell composed of a extenced Kalman Filter filter (EKF) for the estimation of the real state of health (SoH) of the stack and, on the other hand, of the Inverse First Order Reliability Method (IFORM) in order to estimate the remaining useful life of the stack, all implemented in an FPGA control board in a Hardware-In-The-Loop (HIL) context.

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication en 2017 par UFC [diffusion/distribution] à Besançon

Développement d'un simulateur Hardware-in-the-Loop (HIL) d'un système pile à combustible à membrane échangeuse de proton


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Informations

  • Sous le titre : Développement d'un simulateur Hardware-in-the-Loop (HIL) d'un système pile à combustible à membrane échangeuse de proton
  • Détails : 1 vol. (viii-115 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 89-94
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