Thèse soutenue

Commande d'un compresseur centrifuge à vitesse ultra-haute pour la gestion de l'air du système de piles à combustible

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Auteur / Autrice : Dongdong Zhao
Direction : Abdellatif MiraouiDavid BouquainFei Gao
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie Electrique
Date : Soutenance le 10/12/2013
Etablissement(s) : Belfort-Montbéliard
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IRTES. SET
Jury : Président / Présidente : Bernard Davat
Examinateurs / Examinatrices : Abdellatif Miraoui, David Bouquain, Fei Gao, Bernard Davat, Mohamed Benbouzid, Demba Diallo, Manfeng Dou, Mahesh Krishnamurthy
Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Benbouzid, Demba Diallo

Mots clés

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Résumé

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Le compresseur d'air alimentant en oxygène la pile est un élément important dans les systèmes pile à combustible. Le compresseur peut consommer jusqu'à 20% de l'électricité produite dans les cas les plus défavorables. Le choix et le dimensionnement du compresseur, ainsi que son système de contrôle associé, sont directement liés à la performance du système global. La taille et le poids du système de compression d'air doivent être réduits pour le rendre plus adapté aux applications automobiles. En outre, le contrôle du système de compression d'air est également une problématique importante car il affecte l'efficacité et la sécurité de fonctionnement de la pile à combustible. Pour éviter une sous-alimentation en oxygène de la pile, le débit massique d’air fourni doit être géré de façon appropriée en fonction de la demande de la charge électrique. Pendant ce temps, la pression ne doit pas montrer de trop grandes variations ou ondulations qui peuvent endommager la membrane de la pile.Un contrôle à découplage proposé récemment dans la littérature, nommé contrôle à découplage de perturbation (DDC), est utilisé pour le système de compression centrifuge. Le DDC traite les interactions internes comme une perturbation, puis les éliminent dans le contrôle. Les performances du DDC sont comparées à un dispositif de commande en mode glissant décentralisé. Grâce à la comparaison de ces deux contrôleurs, les résultats montrent que le DDC proposé est performant tant pour des cas stables que dynamiques. Le compresseur centrifuge est donc utilisable pour les systèmes pile à combustible automobiles. Sur un banc d'essai hardware-in-the-loop (HIL), le contrôleur proposé est validé avec un modèle de pile à combustible de 10 kW avec des demandes de charge variables. En outre, une méthode d'évitement d’instabilité, à savoir un limiteur de référence, est proposé pour empêcher le dépassement de la ligne de pompage du compresseur. Les résultats expérimentaux montrent que, dans tous les cas, la zone d’utilisation du compresseur est bien cantonnée à droite de la ligne de pompage.