Thèse soutenue

Modélisation par impédance d'une pile à combustible PEM pour utilisation en électronique de puissance

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Auteur / Autrice : Idris Sadli
Direction : Bernard Davat
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie électrique
Date : Soutenance le 07/12/2006
Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche en électrotechnique et électronique de Nancy (Vandoeuvre-les-Nancy, Meurthe-et-Moselle)
Jury : Président / Présidente : Jean-Marie Kauffmann
Examinateurs / Examinatrices : Bernard Davat, Jean-Marie Kauffmann, Stephan Astier, Seddik Bacha, Stéphane Raël
Rapporteur / Rapporteuse : Stephan Astier, Seddik Bacha

Résumé

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Cette thèse s’intéresse à la modélisation dynamique d’une pile à combustible (PàC) PEM en vue de son utilisation en électronique de puissance. Un modèle statique basé sur une expression de la tension en fonction du courant débité est tout d’abord présenté. Le modèle dynamique est élaboré ensuite. Il est montré que l’impédance électrochimique de diffusion-convection (Zd) s’apparente à une ligne de transmission de type RC. Une discrétisation en un nombre fini d’éléments a été effectuée. Afin d’obtenir un modèle simple, deux branches RC différentes sont considérées pour l’impédance Zd auxquelles sont ajoutées la capacité de double couche, les résistances de transfert et de la membrane. Ce modèle est validé sur deux PàC de 500 W et 5 kW sur une gamme de fréquence 5 mHz à 2 kHz, lors d’échelons de courant et lors du débit sur un hacheur élévateur. Il est montré que l’utilisation du découpage haute fréquence du convertisseur permet un diagnostic de l’état d’humidification de la membrane