Contrôle tolérant au vieillissement dans des systèmes pile à combustible PEMFC

Degradation tolerant control of fuel cell systems

• Auteur / Autrice : Rania Mezzi
• Direction : Marie-Cécile Péra, Nadia Yousfi Steiner, Daniel Hissel, Laurent Larger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 11/10/2019
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Site de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Corinne Alonso
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Cécile Péra, Nadia Yousfi Steiner, Daniel Hissel, Laurent Larger, Corinne Alonso, Michel Benne, Rachid Outbib, Mathias Gerard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Benne, Rachid Outbib

Mots clés

Mots clés contrôlés

Piles à combustible à membrane échangeuse de protons

Mots clés libres

Pile à combustible à membrane échangeuse de protons

Contrôle tolérant aux dégradations

Pronostic

Vieillissement

Proton exchange membrane fuel cell

Degradation tolerant control

Prognostic

Aging

Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la réalisation d’un contrôle tolérant au vieillissement pour un système pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC). Afin d’atteindre cet objectif, des outils de supervision, comprenant le suivi de variables critiques, l’évaluation de l’état de santé présent et la prédiction de l’état futur sont étudiés et réalisés. L’information collectée est utilisée pour adapter la stratégie de contrôle du système. La priorité du système de supervision développé est d’assurer l’approvisionnement énergétique requis par l’utilisateur, tout en assurant une dégradation minimale de la pile à combustible. Le travail effectué consiste à déterminer les valeurs optimales de la température, des coefficients de stœchiométries de la cathode et de l’anode et du courant de pile pour fournir la puissance requise par la charge, tout en prolongeant la durée de vie de la PEMFC. La stratégie proposée permet d'éviter les dégradations réversibles et de ralentir le taux de vieillissement des composants, tout en maintenant la valeur de la tension dans une plage de fonctionnement optimale et peu dégradante. Cette plage de variation de la tension a été déterminée grâce à l’étude des mécanismes de dégradation de la PEMFC.

The objective of this work is to realize an aging-tolerant control for a proton exchange membrane fuel cell system (PEMFC). In order to achieve this goal, supervision tools, including the monitoring of critical variables, the state of health evaluation and the prediction of the future state are studied and realized. The information collected are used to adapt the system control strategy. The priority of the monitoring system developed is to ensure the energy supply required by the user, while ensuring minimal degradation of the fuel cell. The work consists on determining optimal temperature values, cathode and anode stoichiometry coefficients, and fuel cell current to provide the power required by the load, while extending the lifetime of the PEMFC. The proposed strategy avoids reversible damage and slows the aging rate of the components, while maintaining the value of the voltage in an optimal and low degrading operating range. This voltage variation range was determined by studying the degradation mechanisms of PEMFC.