Modélisation et caractérisation de la pile PEM pour l'étude des interactions avec les convertisseurs statiques

Modelling and characterization of the PEM fuel cell to study interactions with power converters

• Auteur / Autrice : Guillaume Fontès
• Direction : Thierry Meynard, Christophe Turpin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Courants électriques

Électronique de puissance

Piles à combustible

Mots clés libres

Convertisseurs statiques

Membrane échangeuse de protons

Identification de paramètres

Interactions pile-convertiseur

Modélisation par circuits électriques

Résumé

Face aux enjeux énergétiques et environnementaux, l'hydrogène suscite beaucoup d'espoir. Dans divers domaines de la physique, de très nombreux travaux ont ainsi été entrepris sur la pile à combustible, maillon essentiel de la chaîne d'exploitation de l'hydrogène. En électronique de puissance, beaucoup d'études ont été menées sur la mise en œuvre d'une production décentralisée ou sur des convertisseurs statiques dédiés. Cependant, très peu de travaux ont porté sur les interactions entre les piles à combustible et les convertisseurs. L'objectif de cette thèse est d'établir le cahier des charges pour l'électronicien de puissance imposé par une pile à combustible en mettant en évidence ces interactions. Des modèles électriques ont été développés, caractérisant les différents phénomènes physico-chimiques interférant avec le fonctionnement des convertisseurs statiques. Des méthodes originales sont proposées pour identifier les paramètres de ces modèles à partir d'études expérimentales.

The climatic and energy challenges were now clearly stated. The use of hydrogen is one of the hopeful ways. Fuel cells are an essential link in the chain of the use of hydrogen. Thus, a lot of studies have been undertaken throughout the world on fuel cells in many fields of physics. Concerning the field of power electronics, a great number of power converters designed to be connected with fuel cells have been studied. However, very few studies have been undertaken on the interactions between fuel cells and power converters. In this framework, circuit models of a PEM fuel cell stack were developed. These models describe the different physical phenomena interfering with the power converter operation. Specific methods are also proposed in order to extract the model parameters from experimental results. Interactions between fuel cells and power converters were studied experimentally and by simulation. Requirements for the power electronic engineer can follow from this work.