Détection et isolation de fautes pour pile à combustible PEMFC en condition automobile par une approche basée modèle

par Gauthier Jullian

Projet de thèse en Automatique - productique

Sous la direction de Catherine Cadet et de Christophe Bérenguer.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS) , en partenariat avec CEA/LITEN (laboratoire) depuis le 12-10-2015 .


  • Résumé

    L'objectif de la thèse consiste à diagnostiquer en temps réel les conditions locales du cœur de pile d'une pile à combustible PEMFC (densité de courant, hygrométrie, température) qui peuvent induire des dégradations réversibles et irréversibles de la pile. La prise en compte de ce diagnostic dans la commande en temps réel et en continu des auxiliaires du système de la pile et de la gestion d'énergie du système complet est nécessaire pour optimiser le fonctionnement de la pile tout en minimisant le vieillissement. L'apparition de mauvaises conditions locales sont causées en partie par une mauvaise dynamique des auxiliaires du système pile et au vieillissement du cœur de pile. Il est connu (et bien maitrisé au SAMA) que la mesure d'impédance large bande permet d'identifier certains de ces événements, et ce d'autant plus qu'elle est associée à un modèle électrique spécifique à la PàC. A titre d'exemple, une signature large bande spécifique sur l'impédance peut être représentée par une partie d'un modèle électrique et la détection ou le suivi de l'évolution du modèle peut renseigner sur la présence et l'évolution d'un défaut. Par contre, il n'existe pas à ce jour de système embarqué capable de fournir en temps réel ce tracking. L'utilisation d'un modèle de pile à combustible développé au SAMA doit donc permettre de détecter et diagnostiquer des défauts présents dans le cœur de pile. Ce sujet de recherche traitera des aspects d'inversion en temps réel d'un problème non linéaire et de son intégration sur une cible de calcul. Ce travail sera alimenté à la fois par le savoir-faire en terme de modélisation des PAC, de connaissance du système complet (connaissances des paramètres et événements à mesurer), ainsi qu'en terme de mesure d'impédance par spectroscopie sur les PEMFC, et par la connaissance du LETI sur les algorithmes de classification qui pourront permettre de suivre en temps réel l'apparition d'un défaut. Un système de mesure d'impédance embarquée large bande réalisé au LETI et appliquée aux batteries pourra être utilisé.

  • Titre traduit

    Real-time fault detection and isolation of a PEM fuel cell in automotive condition using a model.


  • Résumé

    The aim of the thesis is to diagnose in real time the local conditions of the cell of a PEMFC (current density, humidity, temperature) that can induce reversible and irreversible damage to the fuel cell. A diagnosis is needed to control the ancillaries of the fuel cell continuously and in real time, to optimize the operation of the cell while minimizing ageing. The occurrence of poor local conditions is caused by poor dynamic of the ancillaries of the system and by the aging of the stack. It is known (and well controlled at SAMA) that broadband impedance measurement can identify some of these events, and especially as it is associated with a specific electrical model of the PEMFC. For instance, a dedicated broadband on impedance can be represented by a portion of an electric model and the detection or monitoring of the evolution of the model can provide information on the presence and evolution of the fault. However, so far, no system is able to provide this information in real-time. Using a fuel cell model developed by SAMA, faults inside the stack need to be detected and isolated. This research topic will deal with real-time reversal of a nonlinear problem and its integration on a control card. This will be fueled by the expertise in modeling of PEMFC : the knowledge of the complete system (knowledge of events and parameters to be measured), of the measurement of impedance spectroscopy on the PEMFC, and by the knowledge of LETI in classification algorithms that can follow in real time the apparition of a fault and isolates it. A broadband embedded impedance measurement system achieved at LETI and applied to batteries may be used.