Teses / dissertações sobre o tema "Système multi-piles à combustible"
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Tekin, Mestan. "Contribution à l'optimisation énergétique d'un système pile à combustible embarqué". Besançon, 2004. http://www.theses.fr/2004BESA2054.
Texto completo da fonteResumo:
Ce mémoire de thèse apporte une contribution au développement des groupes électrogènes à piles à combustible (PAC). Les principaux avantages des PAC sont essentiellement le faible niveau d’émission de polluants et leur efficacité énergétique. Elles sont de ce fait perçues comme un excellent moyen de développer un convertisseur à hydrogène, qui constituerait une alternative au moteur à explosion dans le domaine des transports terrestres. Cependant, les performances en terme de rendement énergétique de ces systèmes doivent être améliorées. En effet, les circuits auxiliaires du groupe électrogène nécessaires au fonctionnement de la pile, altèrent significativement le rendement global du système. Parmi ces circuits, le circuit d’air composé d’un groupe motocompresseur est particulièrement gourmand en énergie. Trois niveaux d’actions ont été envisagés afin de diminuer la consommation énergétique du circuit d'air et d’augmenter ainsi le rendement global du générateur à PAC. La première action concerne le choix de la technologie du groupe motocompresseur envisagé pour le système à PAC. A cet effet, un compresseur à palettes non-lubrifié entraîné par un moteur ''brushless'' a été retenu pour alimenter en air une pile de type à membrane. La seconde consiste en l’élaboration d’une loi de contrôle/commande du circuit d'air permettant de réduire la consommation énergétique liée à ce dernier. Un régulateur nonlinéaire a été proposé dans ce cadrece cadre et développé grâce à la logique floue. Finalement, une dernière action a porté sur la gestion énergétique du moto-compresseur embarqué à bord d'un véhicule à PAC qui a été optimisée par la méthode d’optimisation par essaim particulaireThis work deals with fuel cell (FC) generator developments for transportation applications. FC main advantages are essentially their low level of pollution and their potential of higher fuel efficiency. So, FC technology is being developed as a potential alternative to the conventional internal combustion engine vehicle and proposes a real opportunity to build a clean vehicle. However, before seeing FC vehicles on the market, many technological bolts must be removed. Among them, energy optimization of the complete FC system still remains to be improved. Indeed, ancillary circuits of FC generator, necessary to its correct operation, put a great strain on overall system efficiency. Among these ancillaries, air supply circuit based on motor-compressor group is the most power-hungry. Consequently, in order to reduce motor-compressor group energy consumption and by this fact to increase the overall system efficiency, three action levels were considered on air supply circuit. The first one is the choice of compressor and driven motors technologies suitable for fuel cell transportation applications. To reach this aim, a non-lubricated rotary vane compressor and a brushless machine were chosen to supply with air a proton exchange membrane type FC. The second one is the elaboration of an air flow controller which allows supplying just the required air quantity to FC. A non-linear type regulator was therefore developed using fuzzy logic. Finally, the last action was carried on motor-compressor management and on its air flow solicitation evaluation for an embedded FC system. This energy management of the motor-compressor was optimized thanks to particle swarm optimization method
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Zuo, Jian. "Développement de stratégies de gestion conjointe de la détérioration et de de l'énergie pour un système multi-piles à combustible PEM". Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2022. http://www.theses.fr/2022GRALT077.
Texto completo da fonteResumo:
Les systèmes de piles à combustible offrent une solution durable à la production d'énergie électrique dans le secteur des transports, même s'ils rencontrent encore des problèmes de fiabilité et de durabilité. Le recours à des systèmes multi-piles à combustible (MFC) au lieu de piles à combustible uniques est une solution prometteuse pour surmonter ces limitations en répartissant de manière optimale la demande de puissance entre les différentes piles tout en tenant compte de leur état de santé, au moyen d'une stratégie de gestion de l'énergie (EMS) efficace. Dans ce travail, différentes stratégies ont été développées pour des applications automobiles, avec l'objectif d'optimiser la durée de vie du système de piles à combustible.Le premier défi est de développer un modèle reliant la détérioration de chaque pile avec la puissance délivrée, de manière à être en mesure de prédire l'effet d'une allocation de charge sur la détérioration de chaque pile, et ainsi prendre une décision post-pronostic pertinente. Plusieurs modèles stochastiques de détérioration, allant du modèle classique de processus Gamma à des modèles plus complexes avec des effets aléatoires, sont développés et adaptés aux spécificités des piles à combustible. Sur la base de ces modèles, plusieurs stratégies de décision post-pronostic pour une MFC sont proposées et, pour chacune d'entre elles, le problème d'optimisation associé est formulé.Tout d'abord, sous un profil de charge constant, en prenant en compte dans le processus de décision à la fois la consommation totale de combustible et la détérioration attendue, une stratégie de gestion de l'énergie tenant compte de la détérioration est proposée pour un système constitué de trois piles à combustible. Le problème d'optimisation multi-objectif associé à cette stratégie est résolu à l'aide d'un algorithme évolutionnaire, ce qui permet d'obtenir les allocations de charge optimisées pour chacune des piles du système. La durée de vie moyenne obtenue dans le cadre de la stratégie proposée s'avère plus longue que celle résultant de stratégies classiques (Average Load, Daisy Chain).De plus, sous un profil de charge dynamique aléatoire, et en prenant en compte les phénomènes de détérioration dus à la fois au niveau et aux variations de la charge, une stratégie de prise de décision est proposée pour un système de deux piles à combustible. La prise de décision est réalisée à chaque événement de modification de la demande, et les allocations de charge optimales sont obtenues en minimisant la fonction objectif qui est estimée sur la base de la prévision de la détérioration future du système. Une étude de l'influence des charges dynamiques aléatoires sur les performances de la stratégie proposée montre que la durée de vie moyenne obtenue dans le cas d’une durée inconnue entre deux modifications de demande est proche de celle obtenue avec une durée d'événement connue, ce qui prouve la robustesse de la stratégie proposée. De plus, il est montré que la durée de vie moyenne du système est augmentée par rapport au cas avec une stratégie de charge moyenne, sur plusieurs modèles de détérioration stochastique différents.Enfin, une étude plus exploratoire ouvre des perspectives de recherche dans le cas où le système multi-piles est composé de trois piles, dont deux seulement fonctionnent en même temps. Pour optimiser la durée de vie des piles, tout en répondant à la demande de charge, le système de gestion de l’énergie doit également optimiser le démarrage et l'arrêt des différentes piles. En fait, l'optimisation du remplacement des piles est également nécessaire pour une tâche d'exploitation à long terme. Par conséquent, cette étude ouvre la voie à des approches de maintenance pour les systèmes multi-pilesFuel cell systems offer a sustainable solution to electrical power generation in the transportation sector, even if they still encounter reliability and durability issues. Resorting to Multi-stack Fuel Cells systems (MFC) instead of single fuel cells is a promising solution to overcome these limitations by optimally distributing the power demand among the different stacks while taking into account their state of health, by means of an efficient Energy Management Strategy (EMS). In this work, different strategies have been developed for vehicle applications, with the objective of optimizing the fuel cell system lifetime.The first challenge is to develop a model linking the deterioration trend of each stack with the power delivered by the stack, so as to predict the effect of a load allocation on each stack deterioration, and thus make a relevant post-prognostics decision. Several stochastic deterioration models, from the classical Gamma process model to more complex models with random effects are developed and tailored to the fuel cell specificities. Based on these models, several post-prognostics decision-making strategies for an MFC are proposed and, for each of them, the associated optimization problem is formulated.First, under a constant load profile, taking into consideration both the expected whole fuel consumption and the expected deterioration in the decision-making process, a deterioration-aware energy management strategy is proposed for a three-stack fuel cell system. The multi-objective optimization problem associated to this strategy is solved using an evolutionary algorithm, giving the optimized load allocations among stacks. The average lifetime obtained under the proposed strategy is demonstrated to be larger than those resulting from the classical Average Load and Daisy Chain strategies.Furthermore, under a random dynamic load profile, taking into consideration the deterioration phenomena due to both the load magnitude and the load variations, an event-based decision-making strategy is built for a two-stack fuel cell system. The optimal load allocations are obtained by minimizing the objective function which is estimated based on the prevision of the future system deterioration. An investigation on the influence of the random dynamic loads on the proposed strategy performance shows that the average lifetime obtained with unknown event duration is close to that with known event duration, which proves the robustness of the proposed strategy. Moreover, it is shown that the average system lifetime is increased when compared to the case with an Average Load strategy, on several different stochastic deterioration models.Lastly, a more exploratory study opening research perspectives in the case where the multi-stack system is composed of three stacks, only two of which are operating at the same time. To optimize the lifetime of the stacks, while meeting the load demand, the EMS must also optimize the start and stop of the different stacks. In fact, the optimization of stack replacement is also required for a long-term operation task. Therefore, this study opens the way to maintenance approaches to multi-stack systems
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Le, Thi Chi. "Production d’hydrogène par un système de reformage de bioéthanol en vue de l’alimentation d’une pile à combustible PEM". Paris, ENMP, 2008. http://www.theses.fr/2008ENMP1559.
Texto completo da fonteResumo:
Dans un contexte de réduction d’émissions des gaz à effet de serre, l’hydrogène apparaît comme prometteur car c’est un vecteur énergétique respectueux de l’environnement. L’utilisation d’une pile à combustible alimentée en hydrogène pour les applications automobiles, portables ou stationnaires pourrait être une solution d’avenir. La production d’hydrogène in situ par reformage de bioéthanol (carburant propre du point de vue environnemental) en vue d’alimenter une pile, peut être une solution alternative au problème du stockage de l’hydrogène. Dans cette thèse, la solution alternative proposée est constituée d’un module de puissance (MdP) membranaire. Il est principalement constitué d’un vaporeformeur de bioéthanol, d’un purificateur membranaire du reformat, d’une pile à combustible de type PEM, et d’un brûleur alimenté par les gaz non perméés à travers la membrane. L’avantage de l’utilisation d’une membrane de purification est de réduire considérablement le volume du système complet par rapport à un système de purification chimique. Dans ce travail, des simulations théoriques sur la base de différentes architectures de MdP ont montré l’intérêt indéniable d’un MdP membranaire par rapport à des MdP avec purification chimique en termes de rendement énergétique global et d’encombrement. De plus, un banc d’essai expérimental de reformage / purification membranaire a été conçu et monté, et les essais menés ont en particulier permis l’élaboration d’un modèle cinétique du vaporeformage de bioéthanol et de perméation de membrane, en vue du dimensionnement de ces unités. A partir de ces modèles, deux MdP membranaires optimisés l’un pour une application automobile, l’autre pour une application stationnaire ou portable de faible puissance sont proposés sur la base du meilleur compromis performance / encombrementIn the reduction of greenhouse gas emissions context, the use of hydrogen is a promising solution since it is a clean source of energy. Therefore, PEM fuel cells that convert hydrogen into electricity by an electrochemical way, appear to be a future alternative for automotive, portable or stationary applications. Because the storage and distribution of hydrogen actually still show difficulties, the on-board hydrogen production from bio-ethanol reforming – an environmentally friendly fuel – is an alternative solution. Therefore, a new kind of power plant has been designed in this work. It is mainly made up of a bio-ethanol steam reforming unit, a reformate purification system based on a hydrogen permeating membrane, a PEM fuel cell and a burner fed by the non-permeated gases. The benefit of using a membrane instead of a classical chemical purification way is that it considerably reduces the volume of the system. In this work, theoretical simulations of different architectures of power plants have shown the interest of using a membrane power plant instead of a chemical purification power plant in terms of global energetic yield and dimensions. Furthermore, an experimental setup made of reforming and membrane purification units has been designed and built, and experiments have been carried out to develop a kinetic model of the bio-ethanol steam reforming and a permeance model, in order to design these units. Based on these models, two membrane power plants are proposed: the first one is optimized for automotive application; the second one is optimized for stationary or small portable power use, with the best compromise between performance and dimensions
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Massonnat, Pierre. "Développement d'un modèle multi physique multidimensionnel de pile à combustible à membrane échangeuse de proton en temps réel pour système embarqué". Thesis, Belfort-Montbéliard, 2015. http://www.theses.fr/2015BELF0268/document.
Texto completo da fonteResumo:
La pile à combustible est un générateur électrique qui s'appuie sur un effet électrochimique découvert au 19èmesiècle par Christian Schönbein. Cette technologie a connu des périodes de développement et de désintéressementsuccessives jusqu'à nos jours. Suite à une flambé du prix du baril de pétrole et à la sensibilisation des populationsaux problèmes environnementaux engendrés par les rejets de gaz à effet de serre, la quantité annuelle depublications sur la pile à combustible a augmenté d'une manière continue. Son rendement, souvent supérieur àcelui des technologies de production d'énergie par combustion, et la possibilité d'utiliser des carburants non fossileset non polluants en font un candidat de substitution attractif. Cependant, son cout, sa durée de vie, sa puissancemassique et d'autres problèmes liés au stockage de son carburant ne lui permet pas de détrôner les technologiesactuelles qui sont bien rodées et qui profitent d'une économie d'échelle. Il faut donc continuer à améliorer la pile àcombustible pour qu'elle devienne un jour économiquement viable.L'une des voies pour atteindre cet objectif, est la modélisation qui permet une réflexion, une meilleurecompréhension de la pile à combustible, ainsi que la possibilité de tester des idées à moindre cout.Malheureusement, la pile à combustible est un système complexe combinant des phénomènes fluidique, thermiqueet électrochimique. Des modèles en 1 dimension et en temps réels ont déjà été développés. Mais pour étudiercorrectement ce qui se passe à l'intérieur, il faut au moins disposer d'un modèle en 2 dimensions. Cependant lesmodèles en 2 dimensions demandent des méthodes de calcul par éléments finis qui nécessitent des ressources decalcul importantes, ainsi, jusqu'ici, ils ne permettaient pas de réaliser des calculs en temps réel. C'est pourtant ledéfi relevé par cette thèse : développer un modèle en deux dimensions ou plus et être capable de le faire tourner entemps réel sur un ordinateur comme sur un processeur embarqué.Pour arriver à cette performance, les concepts physiques, mathématiques et informatiques ont été combinés etintégrés grâce à des astuces organisationnelles en un programme en langage C, peu gourmand en mémoire et enpuissance de calculs. Toutes les hypothèses simplificatrices et les méthodes mathématiques modifiées etimplantées selon des schémas informatiques peu communément utilisés dans ce domaine ont fait apparaitre denouveaux problèmes. Des nouvelles méthodes de calculs ont dû alors être développées pour gérer ces nouveauxproblèmes.Finalement, un modèle de pile à combustible multidimensionnel et temps réel a été conçu et ses paramètresphysiques ont été ajustés par un programme pour faire correspondre les résultats à ceux d'une pile à combustibleréelle sur laquelle des essais ont été réalisés. Les résultats obtenus ont été analysés à l'aide d'un procédéd'observation structuré. Le résultat de ces observations a permis d'arriver à des conclusions dans le domaine de lamodélisation multidimensionnelle et multiphysique de la pile à combustible pour des applications en temps réelThe fuel cell is an electric generator which uses an electrochemical effect discovered in 18 century by ChristianSchönbein. This technology has gotten successively periods of development and periods of void in the pastdecades. After the petrol barrel price rising and the people¿s awareness of environmental problem such asgreenhouse effect, the research in fuel cell field has been increasing constantly. Its higher efficiency compared tothermal technology to produce electricity, the possibility to use no fossil fuel and no pollution final products make thefuel cell an attractive substitution candidate for energy production. However, its cost, life time, power density andother problems related to the fuel storage do not allow it to replace immediately the actual technology which is elderand benefit about scale economy effect. Thus, the fuel cell technology must be improved to become economicallyviable.One of the ways to do it, is to model the fuel cell in order to reflect, analyze and better understand its behavior with aminimal cost. Unfortunately, the fuel cell is a complex system which combines fluidic, thermic and electrochemicaleffects. In literature, many one dimensional real time models have been developed. But to analyze and predict localphenomena, a 2 dimensional model is needed. However, the general two dimensional models use finite elementcalculation methods that cannot be done in real time due to their complex mathematical calculation. In spirit toovercome this calculation complexity problem, the challenge of this thesis is defined: develop a 2 dimensional modelwho are able to be executed in real time on an ordinary computer or an embedded system.In order to achieve the desired real time performance, the physical, mathematical and computer concepts of realtime 2D fuel cell model are developed, combined and integrated with specific organization methods in a C languageprogram which does not requires an important calculation power or memory to run. All the modeling assumptionsand the modified mathematic methods are implanted following an innovative modeling approach.Finally, a 2D, multiphysique, multidimensional real time fuel cell model is developed and its parameters are adjustedwith a real fuel cell stack from different experiments. The results are then analyzed with a structured observationmethod with conclusions given at last
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Silva, Sanchez Rosa Elvira. "Contribution au pronostic de durée de vie des systèmes piles à combustible PEMFC". Thesis, Besançon, 2015. http://www.theses.fr/2015BESA2005/document.
Texto completo da fonteResumo:
Les travaux de cette thèse visent à apporter des éléments de solutions au problème de la durée de vie des systèmes pile à combustible (FCS – Fuel Cell System) de type à « membrane échangeuse de protons » (PEM – Proton Exchange Membrane) et se décline sur deux champs disciplinaires complémentaires :Une première approche vise à augmenter la durée de vie de celle-ci par la conception et la mise en œuvre d'une architecture de pronostic et de gestion de l'état de santé (PHM – Prognostics & Health Management). Les PEM-FCS, de par leur technologie, sont par essence des systèmes multi-physiques (électriques, fluidiques, électrochimiques, thermiques, mécaniques, etc.) et multi-échelles (de temps et d'espace) dont les comportements sont difficilement appréhendables. La nature non linéaire des phénomènes, le caractère réversible ou non des dégradations, et les interactions entre composants rendent effectivement difficile une étape de modélisation des défaillances. De plus, le manque d'homogénéité (actuel) dans le processus de fabrication rend difficile la caractérisation statistique de leur comportement. Le déploiement d'une solution PHM permettrait en effet d'anticiper et d'éviter les défaillances, d'évaluer l'état de santé, d'estimer le temps de vie résiduel du système, et finalement, d'envisager des actions de maîtrise (contrôle et/ou maintenance) pour assurer la continuité de fonctionnement. Une deuxième approche propose d'avoir recours à une hybridation passive de la PEMFC avec des super-condensateurs (UC – Ultra Capacitor) de façon à faire fonctionner la pile au plus proche de ses conditions opératoires optimales et ainsi, à minimiser l'impact du vieillissement. Les UCs apparaissent comme une source complémentaire à la PEMFC en raison de leur forte densité de puissance, de leur capacité de charge/décharge rapide, de leur réversibilité et de leur grande durée de vie. Si l'on prend l'exemple des véhicules à pile à combustible, l'association entre une PEMFC et des UCs peut être réalisée en utilisant un système hybride de type actif ou passif. Le comportement global du système dépend à la fois du choix de l'architecture et du positionnement de ces éléments en lien avec la charge électrique. Aujourd'hui, les recherches dans ce domaine se focalisent essentiellement sur la gestion d'énergie entre les sources et stockeurs embarqués ; et sur la définition et l'optimisation d'une interface électronique de puissance destinée à conditionner le flux d'énergie entre eux. Cependant, la présence de convertisseurs statiques augmente les sources de défaillances et pannes (défaillance des interrupteurs du convertisseur statique lui-même, impact des oscillations de courant haute fréquence sur le vieillissement de la pile), et augmente également les pertes énergétiques du système complet (même si le rendement du convertisseur statique est élevé, il dégrade néanmoins le bilan global)This thesis work aims to provide solutions for the limited lifetime of Proton Exchange Membrane Fuel Cell Systems (PEM-FCS) based on two complementary disciplines:A first approach consists in increasing the lifetime of the PEM-FCS by designing and implementing a Prognostics & Health Management (PHM) architecture. The PEM-FCS are essentially multi-physical systems (electrical, fluid, electrochemical, thermal, mechanical, etc.) and multi-scale (time and space), thus its behaviors are hardly understandable. The nonlinear nature of phenomena, the reversibility or not of degradations and the interactions between components makes it quite difficult to have a failure modeling stage. Moreover, the lack of homogeneity (actual) in the manufacturing process makes it difficult for statistical characterization of their behavior. The deployment of a PHM solution would indeed anticipate and avoid failures, assess the state of health, estimate the Remaining Useful Lifetime (RUL) of the system and finally consider control actions (control and/or maintenance) to ensure operation continuity.A second approach proposes to use a passive hybridization of the PEMFC with Ultra Capacitors (UC) to operate the fuel cell closer to its optimum operating conditions and thereby minimize the impact of aging. The UC appear as an additional source to the PEMFC due to their high power density, their capacity to charge/discharge rapidly, their reversibility and their long life. If we take the example of fuel cell hybrid electrical vehicles, the association between a PEMFC and UC can be performed using a hybrid of active or passive type system. The overall behavior of the system depends on both, the choice of the architecture and the positioning of these elements in connection with the electric charge. Today, research in this area focuses mainly on energy management between the sources and embedded storage and the definition and optimization of a power electronic interface designated to adjust the flow of energy between them. However, the presence of power converters increases the source of faults and failures (failure of the switches of the power converter and the impact of high frequency current oscillations on the aging of the PEMFC), and also increases the energy losses of the entire system (even if the performance of the power converter is high, it nevertheless degrades the overall system)
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Talj, Reine. "Modélisation et commandes non linéaires du système d’air des piles à combustible type PEM (Proton Exchange Membrane)". Paris 11, 2009. http://www.theses.fr/2009PA112139.
Texto completo da fonteResumo:
Le travail de thèse porte sur les systèmes d’alimentation en air des piles à combustible type PEM (Proton Exchange Membrane). Une première étape du travail a porté sur la modélisation, et consistait à réduire le modèle dynamique d’ordre 4 à un modèle plus simple d’ordre 3. Ce dernier a été validé expérimentalement avec une erreur relative moins de 5%. Le modèle réduit a été décomposé en l’interconnection de 3 sous-systèmes dont l’un est strictement passif en sortie ; et une structure de commande en cascade a été conçue. Une étude de stabilité basée sur la passivité a permis d’établir une méthodologie générale pour le réglage de tout type de contrôleur tout en garantissant la stabilité du système bouclé. De plus, une autre étude basée sur les caractéristiques de monotonicité du système a montré que le système est localement asymptotiquement stabilisable autour de tout point d’équilibre, par un simple contrôleur proportionnel (p) ou proportionnel-intégral (pi), si la variable de retour est bien choisie. Plusieurs lois de commande ont été étudiées pour le réglage du débit d’air du compresseur, et la stoechiométrie de la pile, comme le mode glissant, le rst, l’ip, le backstepping, et l’ors (output regulation subspaces). Des validations expérimentales ont mis en évidence les performances de la commande par mode glissant du second ordre, algorithme du super-twisting, avec gains variablesThis thesis deals with the air supply system of PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cells. The first part treats modelling, and consist on the reduction of the 4th order dynamical model into a simpler 3rd order one. The latter has been validated experimentally with a relative error less than 5%. The reduced model has been decomposed into the interconnection of 3 subsystems, with one of them being output strictly passive; and a cascaded control structure has been designed. A passivity based stability study results in a general methodology for tuning any controller, with guaranteed stability of the closed-loop system. Moreover, another stability study, based on the monotonicity characteristics of the system, shows that the system is locally asymptotically stabilisable around any equilibrium point, with a simple proportional or proportional-integral controller, if the feedback variable is well chosen. Many control laws have been designed to regulate the compressor air flow and the oxygen stoechiometry. The used controllers are higher order sliding mode, rst, ip, backstepping, and ors (output regulation subspaces). Experimental validation proves the performance of the second order sliding mode control, precisely, the super-twisting algoritm with variable gains
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Marsala, Giuseppe. "Modélisation et réalisation d'un émulateur de système de piles à combustibles : développement des stratégies et des lois de commande". Besançon, 2008. http://www.theses.fr/2008BESA2036.
Texto completo da fonteResumo:
Le sujet de la thèse traite de la modélisation d’un système d’énergie avec piles à combustibles (PàC) de type PEMFC destiné à être intégré dans les véhicules électriques. Le but recherché par la réalisation de cet émulateur (objet matériel qui a le même comportement qu’un système réel) est de développer des lois de commande assurant un bon fonctionnement du système PàC. Après une étude bibliographique sur les différentes modélisations de cœur de Pile à Combustible (PàC), le choix d’un convertisseur de type Buck a été retenu et mis en œuvre pour l’émulateur. L’originalité de ce travail réside dans la prise en compte de toutes les auxiliaires du système PàC. Les auxiliaires ont été introduites sous forme Hardware In the Loop (HIL). Pour cela l’environnement DSPACE a été utilisé. Plusieurs lois de commande et de contrôle ont été étudiées et mises en œuvre. L’émulateur a été conçu avec une large bande passante. Le contrôle de la tension est réalisé avec la technique « State Variable Feedback », qui est capable de fixer correctement les pôles du système à boucle-fermé afin d’assurer la bande passante souhaité et le comportement à régime permanent. Le cas particulier de la gestion de l’air a été largement développé et a permis de valider le principe d’émulation retenu. En effet, différentes stratégies de commande (static feedforward, PI) ont été étudiées et comparées en utilisant une nouvelle stratégie de commande basée sur les réseaux neuronaux. Cette dernière repose sur le principe d’inversion de la relation entre la vitesse de rotation du compresseur et le coefficient de « oxygen excess ratio », dont la régulation est d’importance capitale pour éviter l’appauvrissement en oxygène de la membraneThis thesis deals with modelling of a PEM-Fuel Cell System (FCS) for power generation in an electrical vehicle. The goal of the research is the construction of an emulator of the PEM Fuel Cell stack, that of a device having the same behaviour as the real system, and the development of command strategies for the FCS. After a bibliographical study of the models of Fuel Cell stack, a buck converter structure has been chosen and then implemented to build the emulator. The novelty of this thesis is that all the auxiliary components of a FCS have been considered in a Hardware In the Loop (HIL) fashion by using a DSPACE development platform. Several command strategies have been implemented and assessed by using the emulator, which has been designed with a high bandwidth. The voltage control of the emulator has been accomplished by using the “State Variable Feedback”, which is a pole-placement technique for achieving the desired bandwidth and dynamical and steady-state performance. The particular case of control of the air-management system has been considered and used to asses the emulator. Actually several control strategies (static feedforward, PI) have been studied and their results compared also by using a novel neural network based command strategy. This neural network implements the inversion of the relationship between the compressor speed and the “oxygen excess ratio”, whose regulation is a key issue for preventing the oxygen starvation of the membrane
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Suárez, Santiago Hernán. "Gestion de l'énergie d'un système de piles à combustible alimenté par un réservoir d'hydrogène à hydrure métallique". Electronic Thesis or Diss., Bourgogne Franche-Comté, 2022. http://www.theses.fr/2022UBFCA019.
Texto completo da fonteResumo:
Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la contribution à l’avancée scientifique et technologique de l'utilisation des énergies renouvelables au moyen d'un système de piles à combustible PEMFC alimenté par de l'hydrogène provenant d'un réservoir à hydrure métallique. La première partie du travail a été consacrée à la caractérisation de deux réservoirs commerciaux de cette technologie en mettant l’accent sur la dégradation de leurs performances. Des méthodes stochastiques ont été utilisées pour étudier l’impact du cyclage (charge /décharge) sur la variation des paramètres intrinsèques du des réservoirs. Dans un la deuxième partie, les résultats de cette étude ont été mis en œuvre à travers un modèle énergétique du réservoir développé sous l’environnement MATLAB /Simulink. Ce dernier modèle a fait l’objet d’une validation expérimentale grâce à un banc de test spécialement réalisé à cet effet. Le phénomène de vieillissement a été mis en évidence, apportant ainsi une avancée significative notamment en vue de l'industrialisation de ce type de solution. Finalement, le couplage thermo-fluidique entre la pile à combustible et le réservoir d'hydrure a été expérimenté, modélisé et simulé numériquementThis thesis work is part of the contribution to the scientific and technological advancement of the use of renewable energies based on a PEMFC fuel cell system powered by hydrogen from a metal hydride tank. The first part of the work was devoted to the characterisation of two commercial tanks of this technology with emphasis on their performance degradation. Stochastic methods were used to study the impact of cycling (charge/discharge) on the variation of the tanks' intrinsic parameters. In a second part, the results of this study were implemented through an energy model of the tank developed under the MATLAB /Simulink environment. The model was validated experimentally on a specially designed test bench. The ageing phenomenon was highlighted, providing a significant advance, particularly with a view to the industrialisation of this type of solution. Finally, the thermo-fluidic coupling between the fuel cell and the hydride tank was experimented, modelled and numerically simulated
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Wahdame, Bouchra. "Analyse et optimisation du fonctionnement de piles à combustible par la méthode des plans d'expériences". Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00163317.
Texto completo da fonteResumo:
Les générateurs piles à combustibles (PàC) ont des performances qui dépendent fortement des conditions de fonctionnement liées à l'environnement dans lequel ils se trouvent. De plus, le pilotage de ces systèmes demeure délicat en raison du grand nombre de paramètres physiques mis en jeu tels que le profil du courant imposé par la charge, la température du stack, les températures, les pressions, les débits, l'hydratation des gaz... La méthodologie des Plans d'Expériences (PE) permet de définir de manière rationnelle les essais visant à caractériser rapidement et efficacement une PàC. Elle permet de déterminer les paramètres les plus influents sur le comportement de la pile et de mettre en évidence les interactions éventuelles qui lient ces facteurs. D'autre part, la caractérisation du générateur PàC par des PE a pour finalité de prédire le comportement du système vis-à-vis de ses paramètres de fonctionnement et d'envisager ainsi, par la suite, des stratégies de pilotage du système visant à optimiser un critère déterminant tel que la tension, la consommation d'hydrogène, la puissance électrique maximale, voire la durée de vie du stack.Le mémoire est divisé en six chapitres. Après un bref aperçu du fonctionnement d'une PàC et de ses contraintes (premier chapitre), l'auteur donne les éléments essentiels de la méthodologie des PE nécessaires à la compréhension de la suite du travail (deuxième chapitre). Un plan destiné à étudier l'influence des débits et des pressions, côté hydrogène et côté air, sur la puissance maximale de la pile a été réalisé sur une pile PEM 500W utilisée en mode régulation de pression (troisième chapitre). Le plan complet comporte seize essais. Les analyses de la variance pour le plan complet et pour le plan fractionnaire (huit expériences choisies judicieusement parmi les seize réalisées) ont conduit à des résultats sensiblement identiques, à savoir une influence majeure du facteur débit d'air sur le niveau de puissance maximal atteint par la pile étudiée. Les plans et les outils logiciels mis au point ont ensuite été développés et utilisés pour analyser des résultats expérimentaux collectés sur une pile PEM 5kW (chapitre quatre). Les analyses réalisées permettent de cerner clairement et d'exprimer quantitativement, pour différents niveaux de courant de charge, les incidences des paramètres température de stack, pressions et surstoechiométries des gaz réactifs sur les performances de la PàC. Une modélisation statistique de la tension de pile en fonction des paramètres étudiés est mise en œuvre pour optimiser les conditions de fonctionnement de la pile. Le cinquième chapitre est consacré à l'analyse par la Méthode des Surfaces de Réponse (MSR) de résultats expérimentaux issus d'un essai d'endurance d'une PàC 100W ayant fonctionné en régime stationnaire pendant 1000 heures. Cette étude a notamment permis de montrer l'intérêt d'adopter des surstoechiométries variables au cours du temps pour aboutir d'une part à des performances élevées en terme de tension de pile et d'autre part à une diminution de la variabilité des tensions de cellules. Le dernier chapitre montre comment les PE peuvent contribuer à une meilleure compréhension des phénomènes physiques intervenant dans les PàC. Trois domaines sont considérés : les pertes de charge dans les plaques bipolaires distributrices des gaz réactifs, l'impact de l'humidification sur la variation de la résistance interne de la pile et le vieillissement à une température de fonctionnement supérieure à la valeur nominale.
L'ensemble des travaux réalisés montre comment la méthode des plans d'expériences peut être un moyen approprié pour caractériser, analyser et améliorer le système complexe que représente un générateur PàC.
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Ketep, Françoise. "Piles à combustible microbiennes pour la production d'électricité couplée au traitement des eaux de l'industrie papetière". Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2012GRENI066/document.
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L’objectif de la thèse est d’évaluer la faisabilité de la technologie de pile à combustible microbienne pour la production d’électricité couplée au traitement d’effluents de l’industrie papetière. La première partie du travail montre que de nombreux effluents papetiers permettent de former des biofilms anodiques efficaces. Lorsque les effluents sont complémentés en acétate et l’anode polarisée à -0,3V/ECS des densités de courant de 12 A/m² et des rendements faradiques de 90% ont été obtenus. Lorsque les effluents sont utilisés comme seuls substrats, les densités de courant atteignent 6 A/m² et les rendements faradiques 30%, avec des abattements de DCO jusqu’à 50%. Les biofilms anodiques optimaux ont été associées à des cathodes à air abiotiques pour concevoir des piles complètes. Des puissances surfaciques de 294 mW/m² à 596 mW/m² ont été obtenues avec deux effluents différentsThe objective of this thesis was to assess the feasibility of the microbial fuel cell technology for the production of electrical energy coupled with the treatment of pulp and paper effluents. The first part of work showed that various pulp and paper effluents are suitable to form efficient anodic biofilms. When the effluent was supplemented with acetate and the anode polarized between at -0.3 V/SCE, current densities of 12 A/m² and Coulombic efficiencies up to 90% were obtained. When effluents were provided as the sole substrate, current densities reached 6 A/m² and Coulombic efficiencies 30%, with COD removal around 50%. The optimal anodic biofilms were associated with associated with abiotic air cathodes to design complete microbial fuel cells. Power densities from 294 mW/m² to 596 mW/m² were obtained with two different effluents
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Dalet, Corinne. "Gestion de l'eau dans un système pile à combustible pour traction automobile : transferts couplés dans un humidificateur membranaire". Thesis, Nancy 1, 2009. http://www.theses.fr/2009NAN10136/document.
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Ce mémoire présente une synthèse des travaux dont l'objectif est de résoudre la problématique de la gestion de l'eau dans un système Pile à Combustible de type PEM en utilisant un humidificateur externe. Une analyse des différents organes de la ligne d'air du système, et plus spécifiquement de l'humidificateur membranaire, est réalisée afin d'en déterminer l'architecture la mieux adaptée aux conditions opératoires. Cette étude passe par la description et la compréhension des transferts de matière et de chaleur au sein de l'humidificateur, à travers des approches aussi bien numériques qu'expérimentales. Le volet numérique comporte un modèle fin de transferts couplés à travers une membrane en Nafion. Associé à une analyse thermodynamique du système d'humidification, il permet de définir deux paramètres caractérisant respectivement les échanges de matière et de chaleur aussi bien en fonction des conditions d'entrée des fluides qu'en fonction des caractéristiques géométriques de l'échangeur. Ces paramètres s'avèrent être des outils de dimensionnement intéressants. Le volet expérimental permet d'évaluer les interactions entre une pile à combustible, l'humidificateur membranaire et les autres organes de la ligne d'air. Outre l'analyse de la réponse de chaque composant à une variation du courant délivré par la pile, les investigations ont permis de vérifier que les conditions opératoires du système sont compatibles avec la technologie d'humidification choisieThis report presents a synthesis of works carried out in order to solve the water management problematic in a PEM fuel cell system. An analysis of the different components of the system air line, and more specifically the membrane humidifier, is realized in order to determine the architecture allowing the optimal moisture content of air upstream the fuel cell whatever the operating conditions. This study involves the description and the understanding of coupled heat and mass transfers within the humidifier, through numerical and experimental approaches. The numerical section contains a model of coupled transfer through a Nafion membrane. Associated with a thermodynamic analysis of the humidifier, it allows to define two parameters characterizing respectively the mass exchanges and the heat transfers, according to the inlet conditions of the fluids or as well as to the exchanger geometry. These parameters turn out to be useful design tools. The experimental section allows to estimate the interactions between a fuel cell, the humidifier and the other air line components. Besides the analysis of components response to a current intensity variation, the investigations allowed to demonstrate that the operating conditions of the system is compatible with the chosen humidification technology
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Siangsanoh, Apinya. "Conception et contrôle d'un système de gestion de piles à combustible avec des éléments de stockage distribués à supercondensateurs". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0118.
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Une pile à combustible est un dispositif qui convertit directement l'énergie chimique du combustible (H₂) en électricité lors de deux réactions électrochimiques. Elle se compose de deux électrodes (anode et cathode), de deux plaques bipolaires, de couches de diffusion de gaz et d'un électrolyte. Dans une pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC), l'électrolyte est une membrane polymère permettant le transport des protons de l'anode à la cathode. Elle est prise en sandwich entre les deux couches de catalytiques pour former l'Assemblage Membrane-Electrode (AME). Les couches de diffusion des gaz (GDL) permettent la diffusion de l'hydrogène et de l'oxygène depuis les canaux usinés dans les plaques bipolaires vers les couches de catalyseur. Du côté de l'anode, l'hydrogène se décompose en protons et en électrons (oxydation de l'hydrogène). Les protons traversent la membrane, et les électrons vont de l'anode à la cathode en traversant les GDL et un circuit externe relié à la charge. À la cathode, l'oxygène réagit avec les électrons et les protons pour produire de l'eau (réaction de réduction de l'oxygène). De nombreux facteurs affectent les performances des piles à combustible, tels que les matériaux, la conception et les conditions de fonctionnement. L'alimentation en gaz des électrodes est l'un des principaux paramètres de fonctionnement et elle est fortement liée à la gestion de l'eau et à la gestion thermique. En raison de son temps de réponse élevé, le flux de gaz a également une influence majeure sur le comportement de la pile à combustible lors des variations de puissance à haute fréquence, et le manque de gaz est l'un des principaux mécanismes liés à la dégradation des piles à combustible. Comme la durabilité de la PEMFC joue un rôle clé dans son déploiement à grande échelle en tant que source d'énergie, l'objectif de la thèse est de développer une source de puissance à base de piles à combustible permettant d'atteindre de meilleures performances et de diminuer les dégradations liées aux opérations dynamiques. La nouvelle architecture d'électronique de puissance est basée sur une configuration modulaire dans laquelle la source globale est répartie en plusieurs stacks de plusieurs cellules de pile à combustible. Chaque stack est connecté à son propre convertisseur pour former un système modulaire, et la sortie de plusieurs systèmes modulaires est connectée en série pour fournir de l'énergie à la charge. Cette configuration doit offrir de meilleures performances en termes de fiabilité et de durabilité par rapport aux configurations impliquant un seul convertisseur. Comme la dynamique de puissance de la pile à combustible est faible, l'hybridation avec un dispositif de stockage à réponse rapide, tel que le supercondensateur (SC), est nécessaire pour la charge à large bande passante. Afin d'augmenter l'efficacité du système global et permettre une utilisation optimale des SC, une topologie série pour l'hybridation est proposée dans cette étude, dans laquelle un convertisseur isolé est placé en série entre la pile à combustible et le SC. Cette hybridation est appliquée au niveau modulaire, les SC étant distribués dans tous les systèmes hybrides modulaires. La tension aux bornes du convertisseur en série doit être contrôlée pour que le transfert d'énergie de la pile à combustible vers les SC se fasse progressivement. Tous les SC fourniront de l'énergie à la charge par l'intermédiaire d'un convertisseur DC/DC adapté, spécialement conçu pour assurer un degré de liberté au flux de puissance ce qui est nécessaire pour la mise en œuvre d'un système de gestion des piles à combustible. Le système proposé est validé par simulation et par des résultats expérimentauxA fuel cell is a device that directly converts the chemical energy of fuel (H₂) to electricity through two electrochemical reactions. It consists of two electrodes (anode and cathode), two bipolar plates, gas diffusion layers, and an electrolyte. For Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), the electrolyte is a polymer membrane allowing protons transport from the anode to the cathode. It is sandwiched between two catalyst layers to form the Membrane Electrode Assembly (MEA). Gas diffusion layers (GDL) allow the diffusion of hydrogen and oxygen from the channels machined in the bipolar plates to the catalyst layers. At the anode side, hydrogen splits into protons and electrons (hydrogen oxidation). Protons cross the membrane, and the electrons go from the anode to the cathode through the GDL and through an external circuit connected to the load. At the cathode, oxygen molecules react with electrons and protons to produce water (oxygen reduction reaction). Many factors affect the fuel cell performances such as materials, design, and operating conditions. Gas supply to the electrodes is one of the main operating parameters and it is strongly linked to water and thermal managements. Due to its high time response, gas flow also has a major influence on the fuel cell behavior during high frequency power variations, and gas starvation is one of the main mechanisms related to fuel cell degradations.As durability of PEMFC has a key role in the acceptance of it as a feasible power source, the objective of the thesis is to develop a fuel cell power source in order to reach better performances and to decrease the degradations related to the dynamic operations. The new power electronic architecture is based on a modular configuration in which the global fuel cell source is separated into several stacks each being composed with few cells.Each stack is connected to its own converter to form a modular system, and the output of several modular systems is connected in series to supply energy to the load. This configuration is expected to give better reliability and durability performance compared with the configurations involving a single converter. Since the power dynamics of the fuel cell is low, hybridization with a rapid power response storage device, such as supercapacitor (SC) is necessary for the high bandwidth load. In order to increase the efficiency of the global system and to allow an optimal utilization of SC, a serial topology for hybridization is proposed in this study, where isolated converter is placed in series between the fuel cell and SC. This hybridization is applied at the modular level, the SC being distributed into all modular hybrid system. The voltage across the series converter has to be controlled so that the energy transfer from the fuel cell to supercapacitor occurs smoothly. All the SC will supply energy to the load through an adapted DC/DC converter specially design to own power flow freedom degree which is a requirement for implementing a Fuel Cell Management system. The proposed system is validated through the simulation and experimental results
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Ketep, Francoise. "Piles à combustible microbiennes pour la production d'électricité couplée au traitement des eaux de l'industrie papetière". Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00872058.
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L'objectif de la thèse est d'évaluer la faisabilité de la technologie de pile à combustible microbienne pour la production d'électricité couplée au traitement d'effluents de l'industrie papetière. La première partie du travail montre que de nombreux effluents papetiers permettent de former des biofilms anodiques efficaces. Lorsque les effluents sont complémentés en acétate et l'anode polarisée à -0,3V/ECS des densités de courant de 12 A/m² et des rendements faradiques de 90% ont été obtenus. Lorsque les effluents sont utilisés comme seuls substrats, les densités de courant atteignent 6 A/m² et les rendements faradiques 30%, avec des abattements de DCO jusqu'à 50%. Les biofilms anodiques optimaux ont été associées à des cathodes à air abiotiques pour concevoir des piles complètes. Des puissances surfaciques de 294 mW/m² à 596 mW/m² ont été obtenues avec deux effluents différents.
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Benbouzid, Salim. "Synthèse d'un contrôleur multivariable pour un système de traction pile à combustible". Ecole Centrale de Lille, 2005. http://www.theses.fr/2005ECLI0010.
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Les recentes avancees scientifiques et techniques ainsi que les contraintes energetiques mondiales positionnent la pile a combustible (pàc) comme un candidat potentiel, en tant que generateur electrique embarque, pour produire l’energie necessaire a la traction automobile. En effet, la pàc est une solution seduisante de part un rendement theoriquement eleve et produisant de l’electricite a partir de l’hydrogene sans pollution locale (rejet d’eau uniquement). Neanmoins, il est necessaire d’adjoindre et de piloter des organes auxiliaires (compresseur, pompes, etc. ) pour fonctionner de maniere viable, diminuant alors le rendement net du generateur electrique pàc. Cette these propose ainsi une approche de commande qui permet de maximiser le rendement d’un systeme de puissance pàc dedie a la traction automobile tout en assurant sa securite et celle de son environnement. Une telle approche requiert une modelisation dynamique, a la fois, de la pàc en tenant compte des nonlinearites et des couplages caracterisant les phenomenes physiques la gouvernant, mais egalement, des organes auxiliaires afin de disposer d’un modele representatif du systeme de puissance. Le formalisme bond graph multi domaines est utilise a cet effet. Par suite, une approche de commande hierarchisee est proposee. A haut niveau, elle permet d’optimiser le rendement du systeme et de donner les consignes au bas niveau (organique). A ce bas niveau, plusieurs commandes par modes glissants sont synthetisees pour piloter les grandeurs d’influence de la pile malgre les incertitudes de modelisation. L’interet de cette approche est alors montre en simulation sur le modele du systeme de puissance completNew scientific and technical breakthroughs as global energetic constraints show the way for fuel cells (fc) as a potential candidate for on-board electric generators supplying energy for automotive traction. Fc appear as a fine system with high theoretical efficiency as well as a direct electricity power production from hydrogen with zero local emission (water production only). Nevertheless, ancillaries’ components have to be added and controlled in order to follow the fc to work properly, thus reducing the overall system efficiency. Hence, this thesis proposes a control approach to optimize the fc system efficiency for vehicle traction ensuring system and environment safety. The first step addresses dynamical modelling of the fc itself governed by coupled nonlinear physical laws and the ancillaries’ components in order to build a representative model for the system. Multi domain bond graph is used for this purpose. Secondly, a hierarchical control approach is proposed. The high level consists in optimizing the system efficiency and giving references for the low level (component). At this low level, several sliding modes controls are synthesised to regulate the fc operative conditions despite model uncertainties. The interest of this work is then shown by simulation tests using the overall system model
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Sandoval, torres Cinda Luz. "Contrôle d’une source d’énergie hybride : Pile à combustible-Supercondensateur". Thesis, Paris, ENSAM, 2016. http://www.theses.fr/2016ENAM0067/document.
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Cette thèse s’inscrit dans le cadre de conception d’une stratégie de gestion de l’énergie dans un système hybride de génération d'énergie électrique composé d’une pile à combustible (PC) et un module de supercondensateurs (SC). La source hybride fournit une puissance maximale de 1,2 kW et sa conception implique des décisions concernant la sélection de l’architecture du système hybride ainsi que le choix de la topologie et le dimensionnement d’une unité de convertisseurs. La stratégie de gestion vise à satisfaire la demande d’énergie électrique de la charge et favoriser la consommation énergétique efficiente ; sa performance est évaluée en développant un simulateur qui comprend la dynamique des éléments mis en jeu : deux sources et l’unité de convertisseurs. Le générateur hybride est supposé alimenter un profil de consommation correspondant à un véhicule électrique, de ce fait un cycle standard de conduite en ville en échelle est demandé lors des simulations, ce qui permet d’évaluer la performance du générateur hybride et plus spécifiquement de la stratégie de gestion énergétique.Dans une première étape de cette thèse, un simulateur intégral a été construit avec des librairies de Simscape. Le simulateur est constitué des blocs de différents domaines, contenant des modèles fondamentaux des composants du système. Le block de pile à combustible modèle la dynamique d’un système BAHIA® (400 W - 1100 W, 0 A - 70 A nominale) et le block de supercondensateur modèle les cycles charge-décharge d’un module Maxwell de 400 F et 16 V. Un onduleur de tension pont complet avec convertisseur élévateur conditionne l’énergie délivrée par la pile à combustible et un convertisseur bidirectionnel (buck-boost) est connecté au module de supercondensateurs afin de conditionner les cycles de charge-décharge. L’unité des convertisseurs a été dimensionné, puis, un modèle moyen de petits signaux a été formulé afin de décrire la dynamique de ces dispositifs. Les différents composants ont été intégrés dans l’environnement Simulink. Dans une deuxième étape, la stratégie de gestion énergétique a été conçue en considérant les caractéristiques et performances des sources ; le résultat est une stratégie de trois niveaux hiérarchiques, dont l’aspect principal es la définition des lois de commande locales et globale. Dans une troisième étape, le système complet est évalué en termes du niveau d’utilisation des sources, du domaine d’opération de la pile à combustible, et de l’accomplissement des objectifs des commandes locales et global, qui engagent notamment le SOC des supercondensateurs et la régulation de la tension du générateur hybrideEnergy generation from fossil fuels combustion is predicted to have severe future impacts in the world’s economy and ecology. Fuel cells and supercapacitors are an alternative power source, environmentally friendly.This dissertation presents a regulation architecture developed to coordinate a hybrid renewable source for typical solicitations of electric vehicles in a scaled operating range of 1 kW. The hybrid system is composed of a Polymer Electrolyte Membrane (PEM) fuel cell module, a supercapacitors bank and their respective power conditioning units. In order to optimize the overall operation, the proposed strategy is organized into three hierarchical levels, and the power demand for each energy source is determined in real time with a basis on a frequency distribution and a cutoff frequency, defined in accordance with the dynamical capabilities of the sources.Even if numerous researches have been reported on the subject, few studies have taken into account the proper dynamics of each source in order to optimize the global performance of the hybrid power supply.The goal of this work is to implement a complete simulator integrating not only dynamical models of each energy source, but also dynamical models of the power conditioning units. The control strategy consists of nested loops, arranged in three functional levels of hierarchy. The central idea is to find the optimal set point for each energy source, according to their own physical properties. Contrary to the existing control strategies, this strategy dynamically calculates the appropriate power demand for each energy source. Due to the complexity of the system, cascade control loops are proposed, organized into blocks, according to the system functionality and dynamics.A functional simulation is obtained, where the system ensures the adequate supercapacitor state of charge and soft current demands to keep the fuel cell working in its safe operating region. Thus, lower fuel consumption and rapid response to load demands are guaranteed to improve efficiency.Results demonstrate that the control strategy allows the regulation of the DC bus voltage under UDDS and ECE-15 driving cycles as load profiles. The fuel cell works within its maximum efficiency region, without falling in the degradation zone. In addition, the supercapacitor state of charge remains within the recommended range
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Payman, Alireza. "Contribution à la gestion d'énergie dans les systèmes hybrides multi-sources multi-charges". Electronic Thesis or Diss., Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2009. http://www.theses.fr/2009INPL038N.
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Ce mémoire propose une stratégie de contrôle sans commutation d’algorithme pour un système hybride constituée d’une pile à combustible comme source principale et d’un pack de supercondensateurs comme source auxiliaire. Trois structures de système hybride ont été étudiées. Après avoir évoqué les différentes structures des systèmes hybrides électriques et des techniques utilisées pour les contrôler, deux approches sont traitées. La première est basée sur la notion de platitude permettant d’assurer la gestion des flots d’énergie dans une source hybride et plus généralement dans un système multi sources/multi charges. La stratégie proposée repose sur la génération d’un modèle d’ordre réduit du système et la gestion des flots d’énergie via des trajectoires de référence de certaines grandeurs énergétiques du système. L’impact de ce mode de contrôle sur le dimensionnement des éléments passifs (inductances, condensateurs) de la source hybride a été expliqué. Dans la deuxième stratégie, l’énergie totale stockée dans les hacheurs est prise en compte dans l’élaboration de la commande du système multi sources/multi charges en utilisant une linéarisation entrée/sortie sur les convertisseurs des charges. Un observateur non linéaire a été proposé pour estimer la variation de la caractéristique statique de pile à combustible et permet de garantir un fonctionnement optimal du système hybride. Les architectures de puissance et les modes de commande proposés ont été validés par des résultats simulés et/ou expérimentauxThis work deals with a nonlinear control strategy of an electrical hybrid system which is composed of a fuel cell as the main source and a supercapacitor bank as the auxiliary source. Any algorithm commutation is not used in the proposed control strategy whereas the system works in different operating modes. After a review of various structures of the electrical hybrid systems and different control methods of these systems, two new approaches are developed. The first one is flatness-based method to ensure the energy management in the proposed hybrid systems and generally in a multi source / multi loads system. The proposed strategy is based on generation of a reduced-order model of the system. The energy management is carried out through the reference trajectories of the stored electrostatic energy of the system. The effect of the proposed control method on design of the system components (inductors and capacitors) is explained. In the second approach, the total energy stored in the choppers is taken into account to control the load converters of a multi-source/multi load system by use of the input/output linearization method. A nonlinear observer is proposed to estimate the variation of voltage-power output characteristic of the fuel cell which leads to an optimal performance of the hybrid system. The simulation and experimental results prove validity of the proposed control strategy
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Maker, Hattab. "Optimisation et gestion d'énergie pour un système hybride : association pile à combustible et supercondensateurs". Besançon, 2008. http://www.theses.fr/2008BESA2031.
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Ce mémoire de thèse est une contribution à la résolution du problème de l’optimisation de la gestion d’énergie dans un véhicule a pile a combustible. Ce véhicule est équipé d’une une pile de type PEMFC, utilisée comme source principale et un module de supercondensateurs comme source d’appoint de puissance. L’adaptation des niveaux de tension entre les sources et la charge dans le véhicule nécessite deux convertisseurs DC-DC, l’un de type Boost, l’autre Buck/Boost, permettant de maintenir constante la tension du bus continu et d’imposer la puissance ou le courant demandé par la charge. L’optimisation de la gestion d’énergie dans le véhicule a pour objectif d’établir une nouvelle loi de gestion d’énergie robuste et précise permettant d’améliorer les performances du véhicule en termes d’accélération et de longévité. Dans ce volet, la commande optimale sous contraintes a été adoptée. Elle a permis d’établir une gestion optimale de l’énergie provenant de la pile a combustible en tenant compte des contraintes subies par celle-ci. La commande par mode de glissement a été utilisée pour contrôler les convertisseurs DC-DC. Deux stratégies de cette commande ont été étudiées et réalisées expérimentalement : la première concerne une surface de glissement linéaire. La seconde utilise une surface de glissement munie d’une action intégrale. Ce travail a été clôturé par l’association des deux commandes pour contrôler les convertisseurs DC-DC pour forcer les deux sources du véhicule à suivre les trajectoires de référence fournies par la commande optimale. Les simulations ont permis de montrer la complémentarité entre ces deux commandesThis thesis deals with contribution to problem solving of power management in fuel cell vehicle. This vehicle is equipped with a fuel cell PEMFC, used as the main source and a supercapacitors module as an auxiliary source. The adaptation levels of the voltage between sources and load in the vehicle requires two DC-DC converters, the first is a Boost, the second is a Buck / Boost, to regulate the DC link voltage and to impose the power required by the load. With an aim of establishing an optimal control of the power management in fuel cell vehicle. It is to calculate the reference power of the supercapacitors which minimizes energy provided by the fuel cell, starting from the power demanded from the load (motorization and auxiliaries). This control law must take into account the constraints imposed on the system. These constraints relate to the limitation of the power of the fuel cell and its dynamic response. The power management in fuel cell vehicle allow to determine the reference supercapacitors pack current trajectory which is regulated by sliding mode control via the bidirectional DC-DC converter. The dc link voltage is regulated also by sliding mode control via the unidirectional DC-DC converter
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Romdhane, Jaouher. "Optimisation énergétique d'un système de micro-trigénération à pile à combustible". Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMC242.
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L’objectif de cette thèse est l’optimisation énergétique d’un système de micro-cogénération et micro-tri-génération à pile à combustible. Dans un premier temps, une modélisation mathématique de tous les composants du système de cogénération à pile à combustible a été menée. L'influence de plusieurs paramètres tels que la pression et la densité de courant sur les performances de système micro-cogénération est examinée. La pertinence énergétique et environnementale du système proposé pour le contexte français est étudiée. Ensuite, une étude numérique d’un système de tri-génération composé d’une pile à combustible et d’une machine à absorption simple effet H2O/ Li-Br a été menée. L’unité de micro-tri génération est couplée à une maison unifamiliale et la performance énergétique du système est évaluée. Enfin, afin d’évaluer le potentiel de coupler le système de micro-tri-génération avec les énergies renouvelables, un système de production d’hydrogène avec les panneaux photovoltaïques «PV-H2» a été étudié. Une modélisation des différents composants du système «PV-H2» a été réalisée. Les résultats de simulation du couplage du système PV-H2 avec une maison individuelle de l’éco-quartier de la Glacerie sont présentésThe objective of this thesis is the energy optimization of the micro-cogeneration and micro-tri-generation fuel cell system. First, a mathematical modeling of all the components of the fuel cell cogeneration system was conducted. The influence of several parameters such as pressure and current density on micro-CHP system performance is examined. The energy and environmental relevance of the system for the French context is studied. Then, a numerical study of a tri-generation system consisting of a fuel cell and a single-acting H2O / Li-Br absorption machine was conducted. The micro-tri-generation unit is coupled to a single-family house and the energy performance of the system is evaluated. Finally, in order to evaluate the potential of coupling the tri-generation system with renewable energies, a hydrogen production system with photovoltaic panels «PV-H2» has been studied. A modeling of the various components of the "PV-H2" system has been carried out. The simulation results of the coupling of the «PV-H2» system with an individual house in the eco-district of La Glacerie are presented
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Payman, Alireza. "Contribution à la gestion d'énergie dans les systèmes hybrides multi-sources multi-charges". Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2009. http://www.theses.fr/2009INPL038N/document.
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Ce mémoire propose une stratégie de contrôle sans commutation d’algorithme pour un système hybride constituée d’une pile à combustible comme source principale et d’un pack de supercondensateurs comme source auxiliaire. Trois structures de système hybride ont été étudiées. Après avoir évoqué les différentes structures des systèmes hybrides électriques et des techniques utilisées pour les contrôler, deux approches sont traitées. La première est basée sur la notion de platitude permettant d’assurer la gestion des flots d’énergie dans une source hybride et plus généralement dans un système multi sources/multi charges. La stratégie proposée repose sur la génération d’un modèle d’ordre réduit du système et la gestion des flots d’énergie via des trajectoires de référence de certaines grandeurs énergétiques du système. L’impact de ce mode de contrôle sur le dimensionnement des éléments passifs (inductances, condensateurs) de la source hybride a été expliqué. Dans la deuxième stratégie, l’énergie totale stockée dans les hacheurs est prise en compte dans l’élaboration de la commande du système multi sources/multi charges en utilisant une linéarisation entrée/sortie sur les convertisseurs des charges. Un observateur non linéaire a été proposé pour estimer la variation de la caractéristique statique de pile à combustible et permet de garantir un fonctionnement optimal du système hybride. Les architectures de puissance et les modes de commande proposés ont été validés par des résultats simulés et/ou expérimentauxThis work deals with a nonlinear control strategy of an electrical hybrid system which is composed of a fuel cell as the main source and a supercapacitor bank as the auxiliary source. Any algorithm commutation is not used in the proposed control strategy whereas the system works in different operating modes. After a review of various structures of the electrical hybrid systems and different control methods of these systems, two new approaches are developed. The first one is flatness-based method to ensure the energy management in the proposed hybrid systems and generally in a multi source / multi loads system. The proposed strategy is based on generation of a reduced-order model of the system. The energy management is carried out through the reference trajectories of the stored electrostatic energy of the system. The effect of the proposed control method on design of the system components (inductors and capacitors) is explained. In the second approach, the total energy stored in the choppers is taken into account to control the load converters of a multi-source/multi load system by use of the input/output linearization method. A nonlinear observer is proposed to estimate the variation of voltage-power output characteristic of the fuel cell which leads to an optimal performance of the hybrid system. The simulation and experimental results prove validity of the proposed control strategy
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Rodosik, Sandrine. "Etude de l'impact d'architectures fluidiques innovantes sur la gestion, la performance et la durabilité de systèmes de pile à combustible PEMFC pour les transports". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI090.
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Même si l’hydrogène est en plein essor, les véhicules électriques à pile à combustible sont encore rares sur le marché. Leur volume et leur complexité encore trop importants comptent parmi les freins au développement des systèmes PEM (Proton Exchange Membrane) dans le secteur des transports. Ces travaux de thèse visent à étudier deux nouveaux circuits fluidiques permettant à la fois de simplifier et de réduire le volume du système. Il s’agit de la recirculation de l’air, et du Ping-Pong, une architecture fluidique permettant d’alterner la localisation de l’alimentation en combustible dans le stack. Les performances des deux architectures ont été étudiées expérimentalement en conditions automobile sur un système de 5 kW. Une analyse multi-échelles a été conduite pour comparer, à d’autres architectures connues, les performances du système, du stack et l’homogénéité des tensions de cellules du stack. L’étude a été complétée par un test de durabilité en Ping-Pong afin d’évaluer l’impact de ce nouveau mode de fonctionnement sur le stack. A nouveau, les données expérimentales sont analysées à différentes échelles jusqu’à l’expertise post-mortem des assemblages-membrane-électrodeAlthough hydrogen is booming, fuel cell electric vehicles are still rare on the market. Their high volume and complexity are still major hurdles to the development of PEM (Proton Exchange Membrane) systems for transport applications. This PhD. work aimed at studying two new fluidic circuits that can both simplify and reduce the system volume. Namely, the cathodic recirculation, and the Ping-Pong, which is a new fluidic architecture that alternate the fuel feed locations during operation. The performances of both architectures have been studied experimentally in automotive conditions on a 5 kW system. A multiscale analysis was conducted to compare, with other known architectures, the performances of the system, the stack and the homogeneity of the cell voltages inside the stack. The study was completed with a Ping-Pong durability test to evaluate the impact of this new operation on the fuel cell stack. The experimental data have been analyzed at different scales up to the post-mortem expertise of membrane-electrode assemblies
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Hubert, Charles-Emile. "Etude du fonctionnement et optimisation de la conception d’un système de pile à combustible PEM exploité en cogénération dans le bâtiment". Paris, ENMP, 2005. http://www.theses.fr/2005ENMP1349.
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Romani, Nicolas. "Modélisation et commande du système d'alimentation en air pour le module de puissance d'un véhicule à pile à combustible avec reformeur embarqué". Paris 11, 2007. http://www.theses.fr/2007PA112186.
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Les travaux de thèse ont pour thèmes la modélisation physique et la commande multivariable d'un système thermo-pneumatique complexe dans un contexte automobile. Menés dans le cadre d'une collaboration industrielle entre le Département d'Automatique de Supélec et la Direction de la Recherche de Renault, ils ont pour application principale le système d'alimentation en air d'un véhicule à pile à combustible avec reformeur de carburant embarqué. La conception et la commande d'un tel système déterminent de manière significative les caractéristiques et les performances d'un véhicule électrique intégrant une pile à combustible, la complexité augmentant lorsque la production d'hydrogène par reformage remplace le stockage d'hydrogène comprimé à haute pression. Les différentes étapes ont abouti au développement de modèles dynamiques représentatifs des non-linéarités et des couplages inhérents aux phénomènes acoustiques dans les fluides compressibles, et à l'identification des modèles des différents actionneurs et capteurs retenus pour cette application. Un modèle réduit et conditionné du système à commander a été dérivé du modèle non-linéaire global du système d'air, puis utilisé comme support de l'analyse et de la synthèse de stratégies de commande multivariables. Un banc d'essai expérimental reconstituant le système et prenant en compte les exigences futures d'intégration à bord d'un véhicule a été réalisé. Son exploitation a permis de tester les divers composants devant intégrer à terme le système "pile à combustible" du projet RESPIRE, mais aussi de valider les modèles et lois de commande du système d'air développésThe thesis issues explained in this report concern physical modelling and multivariable control of a complex thermo-pneumatic system in an automotive context. Work has been led within the framework of an industrial collaboration between the Automatic Control Department of Supelec and the Research Department of Renault, and has for main application the air supply system of a fuel cell vehicle with on-board fuel reformer. It is necessary to state that design and control development of such a system determine in a significant way the characteristics and the performances of an electrical fuel cell vehicle, and that the complexity increases when the storage of high-pressure compressed hydrogen is substituted in the vehicle by the on-board production of reformed hydrogen. The various steps of the thesis have first permitted to develop representative and dynamic models of inherent nonlinearities and couplings of acoustic phenomena in the compressible fluids, and to identify the models of the various actuators and sensors specified for this application. A reduced model has been deduced from the global nonlinear model of the air system, and thus used as support of the analysis and the multivariable strategies synthesis. An important part of the work has consisted in setting up a test bench - representative of considered air supply system and well-adapted to future demands linked to vehicle integration. Thanks to this experimental means, the various components that should be integrated in the fuel cell system of the RESPIRE project have been evaluated, and the air system models and control laws developed during the thesis have been validated
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Ramirez, Rivera Victor Manuel. "Energy management of lossy multi-port to fuel cell-based systems". Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112087/document.
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Dans de nombreux réseaux, la régulation efficace du transfert d'énergie entre les sous-systèmes de production, de stockage et d'utilisation demeure un sujet difficile à traiter. Dans cette thèse on a proposent une nouvelle stratégie pour atteindre cet objectif, ainsi que sa mise en œuvre. Le dispositif est appelé routeur d'énergie dynamique (RED), parce que, contrairement à la pratique actuelle, l'asservissement de l'écoulement de puissance se fait sans s'appuyer sur des hypothèses stationnaire. Une hypothèse clé pour le bon fonctionnement du RED est que la dissipation du système est négligeable. Toutefois, en présence de pertes en ligne le RED initial n'est plus opérationnel, car il est base sur l'hypothèse clé de non dissipation des interconnections. Dans ce travail, un nouveau RED prenant en compte la présence de pertes est proposé. Des preuves de l'amélioration des performances sont présentées en simulation comme en expérimentation. Un complément de ce travail a été réalisée sur l'estimation des paramètres d'une pile à combustible du type Polymer Exchange Membrane (PEM) dans le but de concevoir un estimateur convergeant sur un grand domaine (convergence globale). Ce dernier utilise des principes d'immersion et d'invariance développés récemment dans la théorie des asservissementsEfficient regulation of the energy transfer between generating, storage and load subsystems is a topic of current practical interest. A new strategy to achieve this objective, together with its corresponding power electronics implementation, was recently proposed in this thesis work. The device is called dynamic energy router (DER) because, in contrast with current practice, the regulation of the direction and rate of change of the power flow is done without relying on steady–state considerations. A key assumption for the correct operation of the DER is that dissipation in the system is negligible. Unfortunately, in the presence of dissipation the original DER ceases to be operational. In this thesis a new DER that takes into account the presence of losses is proposed. Simulation and experimental evidence of the performance improvement with the new DER are presented. As a complement of this work a global convergent estimator of parameters of Polymer Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) was designing by using the principles or “Immersion and Invariance” recently reported in control theory
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Baudoin, Sylvain. "Étude d’un système hybride pile à combustible / microturbine dans un contexte microréseau rural isolé". Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0440/document.
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Les milieux ruraux, souvent distants du réseau électrique principal, sont particulièrement adaptés au déploiement de microréseaux (MR). Ce type de réseau permet une restructuration du réseau électrique d’aujourd’hui afin d'intégrer plus efficacement un plus grand nombre des sources d’énergie renouvelable. Le biogaz,obtenu par la méthanisation des déchets agricoles, est une ressource d’énergie renouvelable disponible dans les zones rurales. Cette ressource, facilement stockable en grande quantité, est particulièrement intéressante pour les réseaux faibles comme le MR. Les sources d’énergies valorisant le biogaz sont plus fiables et moins dépendantes de phénomènes stochastiques comme le vent ou l’éclairement solaire.Après un état de l’art sur les différentes technologies valorisant le biogaz, ilressort qu’un système hybride composé d’une pile à combustible de type SOFC et d’une microturbine (MT) permet d’atteindre le meilleur rendement électrique avec un faible impact environnemental.L’objectif global de la thèse est d’étudier le système SOFC/MT comme source principale dans un contexte MR rural isolé. Dans ce but, une modélisation du système a été réalisée en se focalisant sur les éléments ayant un impact sur la dynamique des signaux électriques du système. Le système hybride a ensuite été dimensionné dans le but de conserver un rendement électrique optimal et un unique convertisseur multiniveau de type 3LNPC est utilisé pour l'intégrer au MR. Comme une pile à combustible est sensible aux variations de charges (affectant son rendement et sa durée de vie), le premier objectif de la stratégie de commande appliquée au convertisseur 3LNPC est de réguler la puissance de la SOFC à sa valeur nominale. Le MR devant pouvoir fonctionner en autonomie lors de son ilotage, le deuxième objectif de cette stratégie est de fixer la tension et la fréquence du réseau.Les contrôleurs de la stratégie de commande sont conçus en attachant une importance particulière à la robustesse des correcteurs. Le fonctionnement du système hybride SOFC/MT, piloté par un unique convertisseur de type 3LNPC équipé d’une stratégie de commande originale, a été testé et validé en simulation puis expérimentalement sur la plateforme MR d’ESTIA-RechercheRural areas, often far away from the main electric grid, are particularly suitablefor the deployment of microgrids (MG). This type of grid allows a restructuring oftoday's power grid in order to integrate more efficiently renewable power sources.Biogas, produced by anaerobic digestion of agricultural wastes, is a renewable energyresource available in rural areas. This resource, easily stored in large quantities, isparticularly interesting for weak grids like a MG. Energy sources using biogas are morereliable and less dependent on stochastic phenomena such as wind or solarillumination.After a state of the art on the different technologies enhancing biogas, it is clearthat a hybrid system consisting of a SOFC type fuel cell and a microturbine (MT)achieves the best electric efficiency with low environmental impact.The overall objective of the thesis is to study the SOFC / MT system as themain power source in an isolated rural MG context. For this purpose, a model of thesystem was carried out by focusing on the elements that affect the dynamics of thesystem's electrical signals. The hybrid system was then sized in order to maintainoptimal electrical performance, and a unique 3LNPC multilevel converter is used tointegrate the hybrid system to the MG. As a fuel cell is sensitive to load changes(affecting its performance and lifespan), the first objective of the control strategyapplied to the 3LNPC converter is to regulate the power of the SOFC at its nominalvalue. The MG must be able to operate autonomously when islanded, thus the secondobjective of this strategy is to set the grid voltage and frequency.The controllers of the control strategy are designed paying particular attention tothe robustness. The operation of the SOFC / MT hybrid system, driven by a single3LNPC type converter equipped with an innovative control strategy, has been testedand validated in simulation and experimentally in the MG platform of ESTIAResearch
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Attemene, N'guessan Stéphane. "Optimisation temps réel des flux énergétiques au sein d'un système multi-sources multi-charges basé sur les énergies d'origine renouvelable". Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCD044.
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Ce travail est axé sur le contrôle optimal en temps réel d’un système autonome constitué d’un générateur photovoltaïque, d’une pile à combustible de technologie PEM, d’un électrolyseur alcalin, d’une batterie et d’un pack de supercondensateurs pour une application stationnaire. Le couplage de ces différentes sources a pour but d’améliorer les performances, la disponibilité du réseau électrique résultant, la fourniture d’électricité sur des périodes beaucoup plus longues, et surtout la satisfaction de la charge en utilisant chaque source de façon raisonnée.D’abord, une étude approfondie sur la faisabilité du système du point de vue technique, énergétique, économique et environnemental est effectué. En conséquence une méthode de dimensionnement optimal est proposée. Une analyse de sensibilité permettant d’évaluer l’influence du coût et de la taille des sous-systèmes respectivement sur le coût énergétique global et l’équivalent CO2 émis par le système est également effectuée. Ensuite un modèle permettant une mise à l’échelle aisée des composants afin d’atteindre la capacité requise pour le système est développé. Le modèle global du système est obtenu en exploitant la modularité de la REM (représentation énergétique macroscopique), qui est le formalisme utilisé pour la modélisation. Finalement Une méthode de gestion énergétique basé sur l’« Energy consumption Minimization Strategy » (ECMS) est proposée. La stratégie proposée est validée par étude comparative des résultats avec ceux de la programmation dynamiqueThis work is focused on the real-time optimal control of a stand-alone system consisting of a photovoltaic generator, a PEM fuel cell, an alkaline electrolyzer, a battery and supercapacitor pack for a stationary application. The coupling of these different sources aims to improve performance, the availability of the resulting electrical grid, the supply of electricity over much longer periods, and especially the satisfaction of the load by using each source in a controlled way.First, a thorough study of the feasibility of the system from a technical, energetic, economic and environmental point of view is carried out. As a result, an optimal sizing method is proposed. A sensitivity analysis to evaluate the influence of subsystems cost and the size respectively on the overall energy cost and the equivalent CO2 emitted by the system is also discussed. Then, a model enabling easy scaling of components to achieve the capacity required for the system is developped. The global model of the system is obtained by exploiting the modularity of the formalism used for modeling (the Energetic Macroscopic Representation). Finally, an energy management method based on Energy consumption Minimization Strategy (ECMS) is proposed. A comparative study of the results obtained by the ECMS and those obtained by dynamic programming has enabled the validation of the optimal control strategy developed
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Collong, Sophie. "Conception des systèmes mécaniques complexes en comportement dynamique. Contribution à une démarche physico-fiabiliste à partir d'un système à pile à combustible pour véhicule électrique à hydrogène". Thesis, Belfort-Montbéliard, 2016. http://www.theses.fr/2016BELF0283/document.
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L ’intégration de systèmes mécaniques complexes soumis à des environnements vibratoirescontraignants nécessite de tenir compte, dès la conception, des sollicitations réelles d’usage.La thèse montre que l’environnement vibratoire ainsi que la durée d’exposition dépendent del’utilisation qui sera faite d’un système tout au long de son cycle de vie. L’ évaluation de sonl’utilisation repose sur l’ évolution conjointe du comportement des utilisateurs et du développementde la technologie du système.L’analyse de la sûreté de fonctionnement d’un système mécanique complexe a permis de considérerle système dans son ensemble et d’investiguer ainsi de fac¸on approfondie le comportementdynamique de composants critiques. La modélisation simple de systèmes mécaniques précisequalitativement et quantitativement les comportements dynamiques principaux et simule lessollicitations vibratoires auxquelles un composant critique identifié est soumis. Sur cette base, lamodélisation du comportement d’un composant mécanique permet d’ évaluer le dommage par fatiguequ’il subira. Cet indicateur apporte au concepteur une aide aux choix de la géométrie du composant.Enfin, l’environnement climatique ainsi que des impacts li ´es au fonctionnement interne du système,ont ´ et ´e pris en compte par la réalisation d’essais vibro-climatiques en fonctionnement. Ces étudesont été menées sur un système à pile à combustible intégré à un véhicule électrique à hydrogène.Elles ont permis de mettre au point un cheminement comme appui `a la conception des systèmesmécaniques complexes.Le cheminement pluridisciplinaire propos´e dans cette thèse repose donc sur l’interaction de travauxde recherche issus principalement des domaines de la sociologie, de la sûreté de fonctionnement etde la mécaniqueThe integration of complex mechanical systems subject to stringent vibration environments requiresconsideration of the real conditions of use from the beginning of the design phase.The thesis shows that the vibration environment and the duration of exposure to this environmentdepend on the use of the system throughout its life cycle. The evaluation of its use is based on thejoint evolution of both the user behavior and the system technology development.The dependability analysis of a complex mechanical system leads to consider the system as a wholeand thus to investigate in depth the dynamic behavior of critical components. A basic modeling ofthe mechanical system allows to qualitatively and quantitatively identify key dynamic behaviors anddetermines the vibration loads to which selected critical components are subjected. On this basis,modeling the behavior of a mechanical component leads to assess its fatigue damage. This indicatorhelps the designer in his choice of component geometry.Finally, the climatic environment as well as effects related to the internal functioning of the system,have been taken into account by performing vibro-climatic tests of on an operating systems, i.e. a fuelcell system integrated into a hydrogen electric vehicle. This helped to develop a procedure to supportthe design of complex mechanical systems
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Marx, Neigel. "Gestion énergétique et dimensionnement des systèmes hybrides multi-pile à combustible et batterie pour application au transport automobile". Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2017. http://www.theses.fr/2017UBFCD053/document.
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L’essor de l’électrification du secteur du transport facilite le développement de nouvelles technologies. La pile à combustible n’est pas une technologie récemment développée mais elle en profite également. Toutefois, malgré les efforts entrepris jusqu’à présent, elle reste trop couteuse et peu durable par rapport aux exigences du marché. Pour cela, augmenter le rendement du système, réduire le nombre d’auxiliaire et obtenir une meilleure compréhension des phénomènes de dégradation semblent être les pistes les plus pertinentes. Les thématiques, non centrés sur les matériaux, étudiées dans le but de pallier ces différentes barrières technologiques sont principalement orientées sur la gestion du système et la définition et le pilotage d’auxiliaires ad-hoc. En parallèle, une part grandissante de la communauté scientifique s’intéresse également aux systèmes composés de plusieurs piles à combustible, lesquels pourraient permettre de lever également ces barrières technologiques. Dans le cadre de cette thèse, c’est la gestion et le dimensionnement de systèmes multipiles hybridés avec une batterie qui sera étudié. Premièrement, nous comparerons les performances des systèmes multipiles à celles des systèmes monopiles conventionnels. Pour cela, une étude basée sur l'optimisation de la gestion énergétique du système en fonction du dimensionnement est effectuée en utilisant la programmation dynamique. La variable optimisé est le coût d’exploitation. Il prend en compte le coût du carburant et de la dégradation du système. Les résultats obtenus indiquent une nette augmentation des performances au niveau de la consommation et de la durée de vie du système en faveur des systèmes multipiles et ce quel que soit le dimensionnement envisagé. Ensuite, nous concevrons une stratégie de gestion en ligne basée sur la théorie de décision bayésienne. Cette stratégie a pour but d’optimiser la consommation et la durée de vie en se basant sur la connaissance du comportement du conducteur. Trois modules la composent. Le premier module identifie les similarités du parcours en cours à ceux déjà effectués par le conducteur. Le deuxième se sert de cette connaissance pour déterminer le nombre de systèmes piles à combustible à démarrer. Finalement, la dernière partie détermine le niveau de puissance pour chacune des sources composant le système. L’approche proposée a été comparée à d’autres méthodes de gestion énergétique et permet d’obtenir un gain de performance au niveau de la consommation et de la durée de vie du système multipile dans la plupart des cas d’utilisationThe electrification of the transportation industry is on the rise. This rise drives the development of new technologies. Although the fuel cell is not a recently developed technology, it benefits from it. However, it is still too expensive and not durable enough compared to the market's expectations. Scientific research has been focused primarily on their management and its ancillaries. Nevertheless, the interest in multistack fuel cell systems has been rising in the community.The energy management and the sizing of multistack system hybrized with a battery is the focus of this thesis. First, the performances of such systems is compared to that of single stack systems. To that end, a study based on the determination of the optimal management strategy depending on the sizing has been completed. The main tool used in this study was optimization through dynamic programming. Results show a significant increase in performance in favor of multistack systems. Then, an online energy management strategy is designed based on Bayesian decision theory. Its goal is to optimize consumption and lifetime by using driver behavior knowledge. This approach has been compared to other energy management strategies and enables performances gains in consumption and lifetime for the multistack system
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Pietrelli, Andrea. "Electrical valorization of MFC : application to monitoring". Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEC001/document.
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Dans les dernières années, l'utilisation intensive des combustibles fossiles a déclenché une crise mondiale due à la forte production de polluants et à la réduction des stocks, en raison de sa nature de source d'énergie non renouvelable. Parce que l'utilisation généralisée des combustibles fossiles a entraîné la production de grandes quantités de CO2, ce qui est un facteur aggravant du réchauffement de la planète. Les piles à combustible microbiennes (MFC) représentent une technique de récupération d'énergie qui convertit l'énergie chimique des composés organiques en énergie électrique par le biais de réactions catalytiques de micro-organismes. La MFC peut être considérée comme un archétypique de système microbien bioélectrochimique (BES), qui exploite l’activité bio-électrocatalytique de micro-organismes vivants pour la génération de courant électrique. Durant la dernière décennie, l’évolution de l’électronique de faible consommation a rendu la technologie des MFC plus attrayante, car elle commence à pouvoir fournir une énergie comparable à celle consommée par des périphériques dit à faible consommation, comme un nœud de réseau de capteurs sans fil (WSN). En plus, les MFC ont gagné en intérêt car elles peuvent générer de l'énergie électrique tout en traitant des déchets. Contrairement aux autres piles à combustible, les MFC peuvent générer en permanence une énergie propre à une température ambiante, à la pression atmosphérique et à un pH neutre, sans entretien supplémentaire. Les seuls sous-produits sont le CO2 et H2O, qui ne nécessitent aucune manipulation supplémentaire, car le CO2 produit est biogénique, ce qui est inclus dans le cycle du carbone biogéochimique, évitant l'émission nette de carbone dans l'atmosphère. Ce manuscrit examine certains aspects liés à la technologie des piles à combustible microbiennes, depuis les réactions chimiques jusqu’aux systèmes de gestion de l'énergie requis pour exploiter la puissance fournie par les MFC. Une campagne expérimentale a été menée sur les MFCs concernant la caractérisation électrique, la connexion multiple des MFCs et l’influence des principaux paramètres qui affectent les performances de conversion de l’énergie. Le contexte de la pile à biocarburant est introduit et les principes de base de fonctionnement et les applications principales sont expliqués. L'enquête comprend une évaluation de l'impact des différents matériaux d'électrode, du substrat utilisé et des bactéries impliquées dans le processus chimique. Une perspective consiste à ajuster les paramètres afin de maximiser la production d'électricité. La conception spécifique de nos MFC de laboratoire est également présentée. Les essais expérimentaux ont été effectués sur deux types de réacteurs : la pile à combustible microbienne terrestre et la pile à combustible microbienne à eau usée. Un système de mesure approprié est présenté, il est spécialement conçu pour les tests sur les MFC. Il est capable d'assurer une mesure précise de toutes les valeurs et paramètres électriques nécessaires à la caractérisation électrique des réacteurs dans une configuration unique ou dans une connexion multiple. Les solutions utilisées pour alimenter les WWMFC étaient différentes et dans certains cas, on utilisait de vraies eaux usées, alors que dans d'autres, des solutions synthétisées appropriées étaient conçues à cet effet. Les méthodes de synthèse des solutions sont décrites. L'influence des principaux paramètres tels que le pH et la température a été analysée pour les deux types de cellules. La campagne expérimentale comprend des mesures de réacteurs en configuration unique ou disposées dans des connexions en série ou en parallèle. Les résultats confirment l'augmentation de la tension dans le cas de connexions en série et l'augmentation de la puissance dans le cas de connexions en parallèle. [...]In recent years, the extensive use of fossil fuels has triggered into a global crisis due to high pollution and stock reduction, because of its nature of non-renewable source of energy. Because the wide use of fossil fuels has led to the production of high amounts of CO2, as a result is a trigger of the global warming issue. Microbial fuel cells (MFCs) is an energy harvesting technique that converts chemical energy from organic compounds to electrical energy through catalytic actions of microorganisms. MFC can be considered as archetypical microbial Bioelectrochemical Systems (BESs), that exploit the bio-electrocatalytic activity of living microorganisms for the generation of electric current. In the past decade, the evolution of low power electronics has made MFCs technology more attractive, because it has begun to be able to power low-power devices forming complete systems, such as the nodes of a wireless sensor network (WSN). Moreover, MFCs gained more interest because they can generate electric power while treating wastes. Unlike other fuel cells, MFCs can continuously generate clean energy at normal temperature, atmospheric pressure, and neutral pH value without any supplementary maintenance. The only by-products are CO2 and H2O, which do not require additional handling. The production of CO2 is part of a short duration carbon cycle. The CO2 produced is biogenic, which is included in the biogeochemical carbon cycle, avoiding net carbon emission into atmosphere. This manuscript examines many aspects related to microbial fuel cell technology from chemical reactions inside the cells to the energy management systems required to exploit energy delivered from MFCs for practical usage in autonomous sensors. Experimental campaign was performed on MFCs regarding electrical characterization, multiple connections of MFCs and influence of main parameters that affect energy conversion performances. The experimental tests were performed on two different lab-scale reactor typologies: terrestrial microbial fuel cell and waste water microbial fuel cell. A survey is presented about different proposed energy management systems and other devices able to build a node of a WSN powered by MFCs
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Bendjedia, Bachir. "Gestion et optimisation d’énergie électrique avec tolérance aux défauts d’un système hybride PàC/ batterie". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS229.
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Le travail de cette thèse s’inscrit dans une thématique qui concerne le dimensionnement optimal et la gestion d’énergie résiliente aux défauts d’un système multi-sources (hybride) pour l’alimentation d’un véhicule électrique. Dans notre cas, le système de stockage est composé d’une pile à combustible comme source principale et une source secondaire à base d’une batterie Li-ion. L’étude réalisée sur le dimensionnement montre l’intérêt de l’hybridation par rapport à un système mono-source batterie seule ou bien pile à combustible seule. L’intérêt de cette hybridation en termes de masse, de volume et de coût devient de plus en plus important en augmentant l’autonomie du véhicule. Après avoir dimensionné la source hybride pour une autonomie de 700 km, on s’est intéressé à l’influence de la technologie de la batterie et les méthodes de gestion sur les performances de la source (le volume, la masse, le cout, les contraintes électriques appliquées sur les composants et la consommation d’hydrogène du système PàC/Batterie). La partie dimensionnement est suivie par le développement d’une stratégie de gestion d’énergie originale basée sur la prise en compte de l’état de charge de la batterie (SOC) pour adapter les limites de fonctionnement de la pile à combustible. Les résultats obtenus avec cette méthode sont comparés avec deux autres stratégies de gestion d’énergie en ligne à savoir, la méthode de découpage fréquentiel et l’utilisation d’un superviseur floue. La stratégie développée a donné des bons résultats expérimentaux en termes de contraintes vues par les cellules et de consommation d’hydrogène. Malgré un bon dimensionnement de la source embarquée et une bonne optimisation de la méthode de gestion d’énergie, le système n’est pas à l’abri du défaut et peut être le siège de plusieurs défauts qui peuvent apparaitre au niveau de capteurs de tension et de courant. Afin d’assurer la continuité de service du système hybride en présence de ces défauts, une stratégie de commande tolérante aux fautes a été développée afin de garantir la stabilité de système hybride PàC/Batterie et assurer des performances acceptables en mode dégradéThe work of this thesis is part of a theme that concerns the optimal sizing and energy management resilient to the faults of a multi-source system (hybrid) for the power supply of an electric vehicle. In our case, the storage system consists of a fuel cell as the main source and a secondary source based on a Li-ion battery. The study carried out on the sizing shows the interest of the hybridization compared to a mono-source single battery or fuel cell only system. The interest of this hybridization in terms of weight, volume and cost becomes more and more important by increasing the autonomy of the vehicle. After scaling the hybrid source for a 700 km drive range, we investigated the influence of battery technology and management methods on the performance of the source (volume, mass, cost, electrical stress applied to the components and the hydrogen consumption of the Fuel Cell / Battery system).The sizing part is followed by the development of an original energy management strategy based on the state of charge of the battery (SOC) to adapt the operating limits of the fuel cell. The results obtained with this method are compared with two other online energy management strategies namely, the frequency division method and the use of a fuzzy supervisor. The strategy developed gave good experimental results in terms of constraints seen by cells and hydrogen consumption. Despite a good sizing of the on-board source and a good optimization of the energy management method, the system is not immune from the fault and can be the seat of several faults that can appear at voltage sensors. and current. In order to ensure the service continuity of the hybrid system in the presence of these faults, a fault-tolerant control strategy has been developed in order to guarantee the stability of the hybrid Fuel Cell/ Battery system and to ensure acceptable performance in degraded mode
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Agbli, Kréhi Serge. "Modélisation multiphysique des flux énergétiques d’un couplage photovoltaïque-électrolyseur PEM-pile à combustible PEM en vue d’une application stationnaire". Thesis, Besançon, 2012. http://www.theses.fr/2012BESA2001/document.
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A l’aide de la Représentation Energétique Macroscopique (REM) comme outil de modélisation graphique, la modélisation et la gestion d’énergie d’une application stationnaire isolée à base d’un système PEMFC couplé à l’énergie solaire photovoltaïque comme source principale d’énergie sont développées. Afin d’assurer une autonomie du système en combustible, un électrolyseur PEM est intégré au dispositif. En outre, des packs de batteries et de supercondensateurs permettent un stockage d’énergie et de puissance.Grâce à la modularité de la REM, les modèles respectifs des différentes entités énergétiques du système ont été développés avant de les assembler pour reconstituer un modèle global. Une caractéristique propre de la REM étant la commande, une Structure Maximale de Commande (SMC) est déduite du modèle REM du système par application de règles d’inversion.Le phénomène d’effet échelle a permis de dimensionner le système grâce à un profil de consommation domestique d’énergie électrique. Une stratégie de gestion énergétique basée sur la méthode du bilan des flux de puissance et prenant en compte les dynamiques de chaque source a été développée. Différents modes de fonctionnement ont été étudiés. Grâce è un profil d’ensoleillement d’une journée, la pertinence du modèle a été évaluée. Il a été en outre introduit un couplage entre la méthode du bilan des flux de puissance et la logique floue afin que la stratégie de gestion redéfinisse les références des grandeurs électriques en tenant compte de l’état de charge des batteries et de celui des supercondensateursA stand alone multi-source system based on the coupling of photovoltaic energy and both a PEM electrolyser and a PEMFC for stationary application is studied. The system gathers photovoltaic array as main energy source, ultracapacitors and batteries packs in order to smooth respectively fast and medium dynamic by supplying the load or by absorbing photovoltaic source overproduction. Because of the necessity of fuel availability, especially for islanding application like this one, a PEM electrolyser is integrated to the system for in situ hydrogen production.The main purpose being modeling and management of the power flows in order to meet the energy requirement without power cut, a graphical modeling tool namely Energetic Macroscopic Representation (EMR) is used because of its analysis and control strengths. Thanks to the modular feature of the EMR, the different models of each energetic entity of the system are performed before their assembling.By using scale effect, the energetic system sizing is performed according to a household power profile. Then, by the help of the multi-level representation, the maximal control structure (MCS) is deduced from the system EMR model. The electrical reference values of the MCS are generated by applying the power balancing method involving the own dynamic of each source into the energy management strategy. Different behavior modes are taken into account. By considering an irradiance profile for one day, the system is simulated highlighting its suitable behaviour. Moreover, the relevance of the introduced coupling between fuzzy logic controller and the power balancing method is pointed out
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Chaabna, Solène Houria. "Passivity-based modeling and power routing of a multi-source power cell for hydrogen production". Thesis, Lille 1, 2020. http://www.theses.fr/2020LIL1I065.
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L’hydrogène propre est une solution d’avenir pour le stockage d’électricité renouvelable. Cependant, une cellule multi-sources pour la production d’hydrogène présente de multiples phénomènes physiques, par exemple électriques, électro-chimiques, thermiques, fluidiques, etc. et la représentation des flux d’énergie y est très complexe. De plus, les échanges de puissance entre les composants de la cellule (sources renouvelables, pile à combustible, électrolyseurs, batteries) doivent être évalués de manière globale tout en préservant les réserves de puissance de chaque composant.Cette thèse propose une représentation d’état port-Hamiltonienne, dérivée d’un bond-graph, de chacun des composants d’une cellule de puissance pour la production d’hydrogène. A partir de cette représentation et des propriétés de passivité, il est possible de concevoir des algorithmes de commande. La notion de marge de passivité est introduite pour évaluer la robustesse par rapport aux incertitudes paramétriques ou aux perturbations connues. Pour chaque composant, la variation de puissance alimente un réservoir virtuel d’énergie. L’ensemble des réservoirs constitue ainsi une image des réserves de puissance du système. Au lieu d’utiliser un échange direct de puissance entre les composants et le réseau, nous proposons de gérer les flux de puissance entre les réservoirs, ce qui permet également de contrôler leurs niveaux d’énergie. La méthodologie permet de superviser en même temps la puissance et l’énergie, ce qui conduira à terme à gérer les modes opératoires de la cellule à partir des niveaux d’énergie. La méthodologie est appliquée à une plate-forme comportant des sources renouvelables, une pile à combustible et une batterie conventionnelleGreen hydrogen is emerging as a powerful solution for the storage of surplus electricity which is generated through renewable energy sources. However, a green hydrogen power cell involves multiphysics phenomena as electrical, fluidic, thermal, etc. and the representation of dynamical power flows therein is quite complex. Furthermore, the power exchange between the different components of the cell (Fuel cell, Electrolyzer, storage units, renewable sources) needs to be thought in terms of global performance while taking care of the energy reserves.This thesis proposes a Bond Graph derived port-Hamiltonian representation of all the components of a green hydrogen power cell. From this representation, it is possible to design passivity-based control algorithms. The notion of passivity margin is introduced to account for the robustness with respect to modeling uncertainties or known disturbances. For each component, the excess or shortage of power feeds an Energy Tank, which behaves as a virtual storage unit. Hence, the set of Energy Tanks is an image of the power reserves in the power cell. Instead of using conventional power routing between each component, we propose to manage power flows between the Energy Tanks, which allows us to control not only the power intensity, but also the level of energy within the tanks. Hence, the methodology enables to control both power and energy at the same time, paving the way to Operating Mode Management triggered by energy levels. An application is given on a platform including a fuel call, renewable energy sources, and a conventional storage unit
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Cherragui, Mohamed. "Développement d'un simulateur Hardware-in-the-Loop (HIL) d'un système pile à combustible à membrane échangeuse de proton". Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2017. http://www.theses.fr/2017UBFCD034.
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La pile à combustible (PàC) est une source d’énergie qui produit de l’électricité à partir de l’hydrogène et de l’oxygène.Elles sont très prometteuses pour la production d'énergie électrique. Néanmoins, la PàC souffre encore d’imperfections limitant ainsi sa commercialisation à grande échelle, tout particulièrement pour les applications de transport.C’est pourquoi, l’hybridation des différentes sources d’énergies est devenue une réalité pour les applications non-stationnaires telles que les véhicules tout électriques.Cependant ces applications nécessitent des solutions de gestion de l’énergie fiables prenant en compte toutes les contraintes du système électrique hybride.Par conséquent, le développement de plateforme de validation est nécessaire.Dans ce contexte, le Hardware In the Loop (HIL) est une technique très prometteuse, où une partie d’un système réel peut être remplacée par un système virtuel tout en respectant la communication entre ces sous-systèmes physiques et virtuels.Ce mémoire détaille des modèles dynamiques d'une pile à combustible échangeuse de proton (PEMFC) hybridée à des supercondensateurs.Par ailleurs, on détaille la gestion d’énergie entre ces deux sources, ainsi que le pronostic de la pile basé d’une part d’un filtre de Kalman étendu (EKF) pour l’estimation de l’état de santé (SoH) réel de la pile, et d’autre part, de la méthode Inverse First Order Reliability Method (IFORM) en vue d’estimer la durée de vie utile restante de la pile, tout cela dans une approche Hardware-In-The-Loop (HIL)The fuel cell is a source of energy that generates electricity from hydrogen and oxygen.They are very promising candidates for the production of electric power.Nevertheless, the fuel cell still suffers from imperfections limiting its commercialization on a full scale, in particular for transport applications.This is the reason why, hybridization of different energy sources has become a reality for non-stationary applications such as all-electric vehicles.However, these applications require reliable energy management solutions that take into account all the constraints of the hybrid electrical system.Therefore, the development of validation platform is necessary.In this context, the Hardware In the Loop (HIL) is a very promising technique, where part of a real system can be replaced by a virtual system while respecting the communication between these physical and virtual subsystems.This document details the dynamic models of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) associated with supercapacitors.Furthermore, the energy management between these two sources and the prognostic of the fuel cell composed of a extenced Kalman Filter filter (EKF) for the estimation of the real state of health (SoH) of the stack and, on the other hand, of the Inverse First Order Reliability Method (IFORM) in order to estimate the remaining useful life of the stack, all implemented in an FPGA control board in a Hardware-In-The-Loop (HIL) context
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Yin, Liangzhen. "Intelligent control for performance optimization of proton exchange membrane fuel cell system". Electronic Thesis or Diss., Bourgogne Franche-Comté, 2023. http://www.theses.fr/2023UBFCA013.
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Le système de pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) a été considéré comme la nouvelle technologie de production d'énergie, car il présente l'avantage d'une densité de puissance élevée, d'une absence d'émissions, d'un rendement élevé et d'un démarrage rapide. C'est pourquoi cette thèse est consacrée à la recherche sur l'intégration du système, le contrôle des paramètres du système et l'optimisation des performances du système pour les systèmes PEMFC à cathode ouverte et à cathode fermée. Pour les systèmes PEMFC à cathode ouverte, la température de la pile est le facteur clé affectant la performance de sortie du système. Afin d'améliorer les performances de suivi dynamique de la température dans des conditions de changement de charge, un contrôle adaptatif inverse et une prédiction grise basés sur un contrôle adaptatif sans modèle sont proposés pour un contrôle optimal de la température du système. En outre, afin d'améliorer l'efficacité du système, une stratégie de contrôle de l'efficacité maximale basée sur l'optimisation de l'efficacité maximale et la commande prédictive généralisée par contrainte est proposée dans cette thèse. Pour le système PEMFC à cathode fermée, compte tenu de la non-linéarité existante et du fort couplage entre les paramètres de fonctionnement tels que la température de la pile et le taux d'excès d'oxygène (OER), une stratégie de contrôle multivariable à double boucle basée sur un contrôle adaptatif en mode glissant sans modèle MIMO est proposée pour la régulation de la température de la pile et du débit d'air du système PEMFC à cathode fermée. En outre, un banc d'essai de système PEMFC à cathode ouverte de 300 W et un banc d'essai de système PEMFC à cathode fermée de 5 kW sont établis. Toutes les stratégies de contrôle et d'optimisation des performances sont vérifiées sur le banc d'essai des systèmes PEMFC à cathode ouverte et à cathode ferméeProton exchange membrane fuel cell (PEMFC) system has been considered as the new power generation technology as it has the advantage of high power density, zero emission, high efficiency, and fast start-up characteristics. Therefore, this thesis is devoted to researching system integration, system parameter trcking control, and system performance optimization for open-cathode and closed-cathode PEMFC systems. For open-cathode PEMFC system, the stack temperature is the key factor sffecting the output performance of the system. In order to improve the dynamic temperature tracking performance under load changing conditions, adaptive inverse control and grey prediction based model free adaptive control is proposed for optimal temperature control of system. Further, in order to enhance the system efficiency of system, a maximum efficiency control strategy based on maximum efficiency optimization and constraint generalized predictive control is proposed in this thesis. For closed-cathode PEMFC system, considering the existed nonlinearity and strong coupling between operating parameters such as stack temperature and oxygen excess ratio (OER), a dual loop multivariable control strategy based on MIMO model free adaptive sliding mode control is proposed for stack temperature and air flow rate regulation of closed-cathode PEMFC system. Moreover, a 300 W open-cathode PEMFC system test bench and a 5-kW closed-cathode PEMFC system tests bench are established. All the control strategies and the performance optimization strategies are verified on the established test bench of open-cathode and closed-cathode PEMFC systems
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Said, Mohamed Mariama. "Architecture et étude d’un système électrique hybride destine à l’autonomie d’une zone rurale". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0044.
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Le travail présenté est axé sur l’étude de l’architecture d’un système électrique hybride (SEH) constitué de différentes sources. Dans un premier temps, nous avons étudié une configuration constituée de sources, photovoltaïque, éolienne, pile à combustible de type PEM et de systèmes de stockage, batteries, électrolyseur et réservoir d’hydrogène. Puis dans un second temps, nous avons conservé de la configuration présentée uniquement le stockage par hydrogène afin d’assurer l’autonomie électrique d’une zone rurale aux Comores. Le couplage de ces différentes sources a pour but d’améliorer les performances, la disponibilité du réseau électrique résultant, la fourniture d’électricité sur des périodes beaucoup plus longues et surtout la satisfaction des besoins en utilisant chaque source de façon raisonnée. Nous avons d’abord effectué une étude détaillée des principaux composants de notre système. Ensuite, nous avons établi les modèles mathématiques qui décrivent le comportement des différentes parties de notre système d’énergie hybride, modèles utiles pour la modélisation de l’ensemble. Les systèmes PV et éolien sont contrôlés par l’application d’une commande MPPT pour maximiser la puissance délivrée. Dans la première configuration, le processus de charge/décharge de la batterie contribue à la stabilisation de la tension du bus continu. La pile à combustible est utilisée pour rendre le système plus durable. Elle contribue également à la stabilisation de la tension du bus continu, en cas de trop forte décharge des batteries. Nous montrons ensuite que l’utilisation d’un filtre d’harmonique constitue une technique efficace pour réduire le taux de distorsion harmonique. Ce qui montre que le système proposé est bien compensé aux niveaux des harmoniques et du réactif quel que soit le mode de fonctionnement, normal ou déséquilibré. Les résultats de simulation présentés ont illustré le fonctionnement des différents composants du SEH en régimes transitoires et permanents. La solution proposée, analysée avec le logiciel HOMER, permet d’envisager une solution aux problèmes d’alimentation d’une zone rurale située aux Comores ou dans des endroits soufrant de surcharge ou même d’affaiblissement de la tension en ayant uniquement recours au stockage de dihydrogèneThe presented work focuses on the study of the architecture of a hybrid electric system (HES) made of different sources. First, we studied a configuration consisting of photovoltaic, wind, PEM fuel cell as sources and batteries, electrolyser and hydrogen tank as storage elements. Then in a second phase, only hydrogen storage is considered to ensure the electrical autonomy of a rural area in Comoros. The coupling of these different sources aims to improve the performance, the availability of the resulting electrical network, the supply of electricity over much longer periods and, above all, the satisfaction of the uses by operating each source in a reasoned way. First, we have analysed the main components of our system. Then, we established the mathematical models that describe the behaviour of the different parts of our hybrid energy system which is here the formalism used for the modelling. The modelling and simulation of the PV and wind systems use a MPPT control to maximize the delivered power. In the first configuration, the battery charge/discharge process is controlled to stabilize the DC bus voltage. The fuel cell makes the system more durable. It also helps to stabilize the DC bus voltage, in case of too much battery discharge. Thus, the use of a harmonic filter reduces the rate of harmonic distortion. Harmonics are compensated as well than the reactive current component in normal or unbalanced operating conditions. The presented simulation results have illustrated the behaviour of the different components of the HES in transient and steady states. Finally, the proposed system, analysed with the help of HOMER, would be able to provide a solution to the demand of a rural area in the Comoros or in any place suffering of a weak grid by using only hydrogen storage
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Robin, Christophe. "Développement d'un modèle prédictif de durée de vie d'une pile PEMFC pour une application aéronautique : étude des interactions entre le cœur de pile et les conditions d'opération du système". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAI057/document.
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Dans un contexte global de réduction des émissions de gaz à effet de serre, des solutions doivent être trouvées pour limiter les pollutions liées aux transports. Dans le domaine aéronautique, l’efficacité énergétique des avions peut être améliorée entre autres par l’utilisation de sources alternatives, comme les piles à combustible. Cette technologie est un dispositif électrochimique permettant de convertir le dihydrogène et le dioxygène en électricité, eau et chaleur. Néanmoins, le coût et la durée de vie de la pile sont des points faibles de cette technologie et doivent être améliorés.Dans le cadre d’une utilisation à bord d’un avion de ligne, l'analyse de la durabilité d'un système pile à combustible PEMFC est menée, en lien avec l'industriel Zodiac Aerospace. La prise en compte du vieillissement de la pile à combustible dans la gestion du système pile est essentielle pour limiter l’impact de conditions locales inappropriées du cœur de pile qui diminuent sa durée de vie. Dans ce travail, une étude complète est proposée pour corréler les mécanismes de vieillissement du cœur de pile (dégradation de la membrane, dissolution du catalyseur) aux conditions locales de la pile définies en partie par les performances des auxiliaires du système pile, le profil de puissance et les conditions environnementales du système. L'objectif est de prédire les performances de la pile et sa durée de vie afin de suggérer des stratégies d’optimisation pour l'application visée. L’approche proposée est basée sur la simulation numérique et validée par des essais de durabilité.Un modèle multi-physique existant au CEA est développé dans cette thèse pour corréler les usages aux mécanismes de dégradation. Une description physique de la pile à combustible est réalisée dans ce modèle, avec la prise en compte des réactions électrochimiques, des mécanismes de diffusion de l’eau et des gaz à l’échelle microscopique dans la pile, ainsi que de la thermique. Des améliorations y sont apportées, afin de mieux représenter la géométrie des plaques distributrices de gaz utilisées pour les essais. Un travail sur le circuit de refroidissement permet en outre d’affiner la distribution de température à la surface de la cellule. Enfin, l’ajout de mécanismes de dégradation est effectué pour modéliser le vieillissement de la pile. Pour cela, deux approches différentes sont couplées, l’une basée sur des équations physiques de l’électrochimie («Bottom-Up») et l’autre sur des lois semi-empiriques («Top-Down»).Les résultats de la modélisation sont confrontés à des essais expérimentaux dédiés. En particulier, deux tests de 2000 heures en conditions aéronautiques ont été effectués, avec deux régimes de fonctionnement différents (stabilisé et dynamique). Les méthodes usuelles de caractérisations électrochimiques (spectroscopie d’impédance, voltampérométries), des analyses post-mortem ainsi que des mesures locales de densité de courant et de température réalisées durant les essais aident à la validation des modèles.En particulier, les différentes mesures montrent que le modèle développé est capable de simuler la répartition hétérogène des conditions locales dans le cœur de pile en fonction des conditions opératoires (conditions asséchantes, humides, etc.). Il permet alors de calculer le comportement de paramètres internes de la pile non accessibles par l’expérience (humidités relatives, fractions molaires, etc.). De plus, le modèle permet de retrouver l’impact de différents modes opératoires sur le vieillissement, apportant également des informations sur les mécanismes de dégradation qui agissent sur les matériaux. Enfin, des stratégies d’optimisation sont proposées pour améliorer la durée de vie de la pile, basées sur le cycle réel envisagé par Zodiac Aerospace pour l’application de la pile à combustible à bord d’un avion de ligne (hors propulsion)In a global context of greenhouse gases emissions reduction, solutions need to be found to limit the pollution from transportation. In the aeronautics, the energy efficiency of planes can be improved by using alternative energy sources, such as fuel cells. This technology is an electrochemical device that converts hydrogen into electricity, water and heat. Nevertheless, cost and lifetime of fuel cells are weaknesses of this technology and need to be improved.As part of the use onboard commercial airplanes, analysis of a PEM fuel cell system durability is conducted, in collaboration with Zodiac Aerospace. Taking the fuel cell aging into account in the fuel cell system management is essential to limit the impact of inappropriate fuel cell core local conditions, which decrease the fuel cell lifetime. In this work, a complete study is proposed to correlate the fuel cell internal aging mechanisms (membrane degradation, catalyst dissolution) to the fuel cell local conditions which are defined partly by the system ancillaries’ performances, the power profile and the system environmental conditions. The objective is to be able to predict the fuel cell operation and its durability in order to suggest optimization strategies for the targeted application. The proposed approach is based on modeling and validated by experimental durability tests.A multi-physical model existing at the CEA is developed in this PhD to correlate the uses to the degradation mechanisms. The physical description of the fuel cell is done in this model, where electrochemical reactions, fuel cell water and gas diffusion mechanisms at micro scale and heat transfers are taken into account. Improvements are added, in order to better model the geometry of the gases distributing plates used in the tests. Besides, a work on the cooling circuit enables to refine the temperature distribution at the cell surface. Finally, degradation mechanisms are added to model the fuel cell aging. Two different approaches are used, one based on physical electrochemical equations (“Bottom-Up”) and the other one based on semi-empirical laws (“Top-Down”).Results from the modeling part are compared with dedicated tests. In particular, two tests of 2,000 hours each in aeronautical conditions are performed, with two different operating modes (stabilized and dynamic). Usual methods of electrochemical characterization (impedance spectroscopy, voltammetries), post-mortem analyses along with in-situ measurements of the current density and temperature performed during the tests help validating the model.In particular, the measures show that the developed model is able to simulate the heterogeneous distribution of the local conditions inside the fuel cell in function of the operating conditions (dry, wet, etc.). It gives the possibility to monitor the behavior of fuel cell internal parameters which are not reachable by the tests (relative humidity, molar fractions, etc.). Moreover, the model enables to find back the impact of several operating regimes on the aging, giving as well information about the degradation mechanisms acting on the materials. Last but not least, strategies are proposed to improve the fuel cell durability, based on the real cycle considered by Zodiac Aerospace for the use of the fuel cell system onboard a commercial airplane (apart from the propulsion)
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Reguillet, Vincent. "Caractérisation d’un système pile à combustible en vue de garantir son démarrage et fonctionnement à température ambiante négative". Thesis, Besançon, 2013. http://www.theses.fr/2013BESA2035/document.
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La pile à combustible est un générateur électrique en voie d'atteindre une maturité technologique et commerciale. Pour que ce moyen de production d'énergie puisse concurrencer des systèmes similaires, tels que les batteries et les groupes électrogènes, des obstacles restent néanmoins à franchir. L'un d'entre eux est la capacité de la pile à démarrer et fonctionner à température ambiante négative. Afin d'étudier le comportement à froid d'un système de type PEMFC, nous proposons la définition de plusieurs critères de performances exergétiques adaptés au fonctionnement de chaque module du système. Les modules sont ensuite caractérisés à température ambiante négative à l'aide de bancs d'essais dédiés. A partir des résultats expérimentaux obtenus, différents modèles empiriques ou semi-analytiques sont alors présentés pour la batterie, le compresseur et l'humidificateur. D'autre part, un modèle analytique thermique à l'échelle des stacks est réalisé. Il permet notamment de reproduire l'élévation en température de la pile au cours d'un démarrage à froid. Enfin, à l'issue de l'analyse des résultats expérimentaux et des modèles, des recommandations destinées à favoriser le démarrage à froid du système sont fournies. En suivant ces recommandations, il est ainsi possible de démarrer le système pile de manière fiable à une température ambiante de -10 °CFuel cells are electric generators on the way to achieve technological and commercial maturity. Nevertheless, to compete with similar energy generating systems such as batteries and engines generators, fuel cells must overcome several obstacles. Among them, the ability to start at negative ambient temperatures is decisive. In order to study the behaviour of a PEMFC system in cold weather, we propose different exergetic criteria adapted to the working conditions of each module. Thanks to dedicated test benches, the modules are then characterized at negative ambient temperature. From experimental results, empirical or semi-analytical models are introduced for the battery, the compressor and the humidifier. On the other hand, a thermal analytical model at the stacks scale is developed. It enables to reproduce the fuel cell temperature rise during a cold start up. Eventually, at the end of the analysis of experimental results and models, recommendations are given to favour the cold start of the system. By following these recommendations, the fuel cell cold start at -10 °C is ensured
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Agbli, Kréhi Serge. "Modélisation multiphysique des flux énergétiques d'un couplage photovoltaïque-électrolyseur PEM-pile à combustible PEM en vue d'une application stationnaire". Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00767882.
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A l'aide de la Représentation Energétique Macroscopique (REM) comme outil de modélisation graphique, la modélisation et la gestion d'énergie d'une application stationnaire isolée à base d'un système PEMFC couplé à l'énergie solaire photovoltaïque comme source principale d'énergie sont développées. Afin d'assurer une autonomie du système en combustible, un électrolyseur PEM est intégré au dispositif. En outre, des packs de batteries et de supercondensateurs permettent un stockage d'énergie et de puissance.Grâce à la modularité de la REM, les modèles respectifs des différentes entités énergétiques du système ont été développés avant de les assembler pour reconstituer un modèle global. Une caractéristique propre de la REM étant la commande, une Structure Maximale de Commande (SMC) est déduite du modèle REM du système par application de règles d'inversion.Le phénomène d'effet échelle a permis de dimensionner le système grâce à un profil de consommation domestique d'énergie électrique. Une stratégie de gestion énergétique basée sur la méthode du bilan des flux de puissance et prenant en compte les dynamiques de chaque source a été développée. Différents modes de fonctionnement ont été étudiés. Grâce è un profil d'ensoleillement d'une journée, la pertinence du modèle a été évaluée. Il a été en outre introduit un couplage entre la méthode du bilan des flux de puissance et la logique floue afin que la stratégie de gestion redéfinisse les références des grandeurs électriques en tenant compte de l'état de charge des batteries et de celui des supercondensateurs.
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Jullian, Gauthier. "Diagnostic robuste de pile à combustible PEM par modélisation physique et mesures d’impédance : prise en compte de conditions dynamiques et du vieillissement". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT009/document.
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La pile à combustible PEMFC est un générateur électrochimique qui présente notamment un potentiel intéressant pour des applications automobiles et dont l’utilisation pourrait contribuer à répondre aux enjeux environnementaux associés aux transports. La faible durabilité des systèmes pile en général et de la pile en particulier constitue un des verrous technologiques qui freine son déploiement. Ses conditions de fonctionnement en termes de pression, de température et d’activité des gaz étant intimement liées aux cinétiques de dégradation des composants du générateur, il est donc nécessaire de les contrôler de manière la plus fine possible. Pour ce faire, une des premières étapes est de pouvoir les surveiller de manière fiable tout au long de la vie de la pile, en temps réel et sans engendrer de surcoûts importants.Les travaux de thèses présentés dans ce manuscrit ont pour objectif d’apporter des éléments de solution à ce problème par le développement d’une approche de diagnostic robuste des conditions opératoires de la pile sans mesure directe, en environnement dynamique et avec prise en compte du vieillissement. L’approche développée repose, d’un part sur l’utilisation d’un modèle physique qui permet de simuler le comportement d’une pile dans une large gamme de conditions opératoires et d’autre part sur des mesures de courant, de tension et d’impédance, simples à mettre en œuvre. Cette approche devrait permettre le développement d’une solution embarquée.Dans un premier temps, une campagne de 1000 h d’essais sur banc a permis de caractériser une pile à la fois dans ses conditions de fonctionnement nominal et dans des conditions représentatives de défauts de fonctionnement. Ces mesures ont permis de mettre en évidence l’influence des conditions internes de fonctionnement sur la réponse en tension de la pile ainsi que sur son impédance.Dans un second temps, le modèle développé au CEA, contenant un module de dégradation a été confronté avec les mesures expérimentales. Une détermination des constantes du modèle a été effectuée et il a été montré que le modèle estime correctement la tension et l’impédance aux hautes fréquences tout au long du vieillissement, confirmant bien la possibilité d’utiliser ce modèle pour un objectif de diagnostic.L’écart entre les mesures expérimentales et les sorties simulées par le modèle physique de pile - appelés résidus – sont des indicateurs sensibles aux défauts sur les conditions opératoires, mais insensibles aux conditions dynamiques d’utilisation de la pile. Dans un troisième temps, deux résidus, générés sur la tension de sortie de la pile et sur l’impédance hautes fréquences, ont donc été utilisés pour réaliser la détection de conditions opératoires anormales. Le choix des seuils de détection est une étape importante qui permet de régler les performances de détection. Dans cette étude, la méthode a été testée avec des seuils optimaux de 11mV et 5mΩ·cm2 qui ont permis d’obtenir un score de détection de 80 %.Finalement, une méthode de classification des défauts de conditions opératoires a également été proposée. Elle met à profit une base de données de résidus calculés pour chaque type de défauts pour entraîner un classifieur de type K-plus-proches-voisins, ce qui permet alors l’identification des défauts. Le score de l’isolation sur les 1000h de tests est d’environ 60% avec de grandes disparités en fonction des défauts. Ce score est de plus de 99% pour deux des défauts de l’étude (pressions élevées et humidités faibles), 63 % pour des pressions faibles mais seulement de 20% pour une chute de température ou une augmentation d’humidité.Ces travaux ont permis de conclure que l’approche consistant à utiliser un modèle physique permet de diagnostiquer la plupart des défauts avec un taux de fausse alarme faible pendant le vieillissement. La recherche de nouvelles mesures est une piste majeure pour augmenter le score des défauts mal détectés actuellementThe PEMFC fuel cell is an electrochemical generator that has interesting potential for automotive applications and which use could help to meet pollution challenges. Poor management of system auxiliaries or malfunctions can place the fuel cell under operating conditions that accelerate degradation processes and shorten its useful life. The- operating conditions of the fuel cell core (temperature, humidity and partial pressures) must be monitored to identify as soon as possible and without any error abnormal situations, which is particularly difficult in dynamic operating conditions and during ageing.The aim of this thesis is to provide solutions to this problem. To that end, a robust diagnostic approach of operating conditions without direct measurement, in a dynamic environment and taking ageing into account has been developed.In order to characterize the fuel cell, a campaign of experimental tests on a test bench was carried out during 1000 hours of operation, with and without faults. This test campaign also allowed to verify to what extent the easily accessible polarization curves and impedance spectroscopy depend on the internal operating conditions.The approach developed is based on one hand on the use of a physical fuel cell model that capture its behaviour for given operating conditions and on the other hand on easy-access current, voltage and impedance measurements. Thus, this allows the development of an embedded solution that minimizes the number of sensors required.The differences between the experimental measurements and the outputs computed by the physical fuel cell model – called residuals – are indicators which are sensitive to faults in operating conditions, and insensitive to usual operating dynamic conditions. Two residuals, generated from fuel cell output voltage and high frequency impedance, are used to detect abnormal operating conditions thanks to threshold detection. The choice of the detection threshold levels allows to set the detection performance in terms of good detection and false alarm probabilities.In order to take ageing into account, a degradation module computes the decrease of fuel cell voltage with time so that ageing is taken explicitly into account by residuals.Going beyond detection alone, a method to class the operating conditions faults has also been proposed. It uses a database of residuals from various known faults to train a K-nearest-neighbour classifier, so that faults can be identified and classified.The model developed in the CEA was compared with experiments carried out on the test bench. An experimental determination of the model constants was carried out using electrochemical methods (cyclic voltammetry...) and numerical ones (linear regression). It appears that the model correctly computes voltage and high-frequency impedance, confirming the possible use of this specific model for diagnostic purpose. The method has been tested with optimal thresholds that have been empirically determined. The detection score obtained is 80%. The false alarm rate is less than 5% during the test.The K-NN classifier was then validated on experimental data. The classification score during the 1000h test is around 60% with large disparities depending on the faults. This score is more than 99% for two of the studied faults (high pressures and low humidity), 63% for low pressures but only 20% for a temperature drop or humidity increase.This work concluded that the approach using a physical model diagnosed most faults with a low level of false alarms during 1000 hours of ageing. The search of new measurements to increase the score of poorly diagnosed faults thus improving diagnostic performance is a main perspective
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Neffati, Ahmed. "Stratégies de gestion de l'énergie électrique d'un système multi-source : décision floue optimisée pour véhicule électrique hybride". Toulouse 3, 2013. http://thesesups.ups-tlse.fr/2015/.
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La gestion de l'énergie des véhicules électriques hybrides (VEH) a fait l'objet d'un grand effort scientifique dans les dernières années. En outre, la puissance demandée dans un (VEH) doit être gérée en ligne en respectant les contraintes de charge et d'énergie disponible. Nous nous intéressons en particulier dans notre travail à la gestion de l'énergie d'un véhicule hybride, le problème est la distribution instantanée de la puissance électrique demandée à travers les deux sources d'énergie en optimisant autant que possible la consommation globale d'hydrogène sur un profil de mission donné. Nous commençons dans une première phase d'étude par la caractérisation des profils de mission dans l'objectif de trouver des outils de caractérisation qui nous aideront à choisir des lois de commandes qui s'intègrent dans un processus de gestion d'énergie en ligne. Dans la deuxième phase d'étude, des stratégies de gestion d'énergie qui s'appuient sur des techniques de gestion fréquentielle ont été développées. Ensuite, nous présentons une méthode de gestion d'énergie en ligne basée sur les règles floues, cette méthode a été améliorée par l'application d'une méthode de basculement floue. Cette stratégie conduit la pile à combustible à fonctionner aux points de meilleur rendement. Il a été vérifié que si cette méthode est appliquée en ligne sur un profil inconnu, la consommation obtenue est quasi-optimaleThe energy management of hybrid electric vehicles (VHE) has been a major scientific effort in recent years. In addition, the power required in a (VHE) must be managed online within the constraints of charge and available energy. We are particularly interested in our work to the energy management of a hybrid vehicle, the problem is the instantaneous distribution of the electric power required through the two energy sources as much as possible by optimizing the overall consumption hydrogen on a given mission profile. We start in the first phase of study the characterization of mission profiles with the aim to find characterization tools that will help us to choose the laws of commands that are part of a process of energy management online. In the second study phase, energy strategies that rely on frequency management management techniques have been developed. Then we present a method for power management in line based on fuzzy rules, this method has been improved by the application of a method of fuzzy switching. This strategy leads the fuel cell to operate at best efficiency point. It has been verified that if this method is applied to an unknown online profile, the consumption obtained is near optimal
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Payman, Alireza Meibody-Tabar Farid Pierfederici Serge. "Contribution à la gestion d'énergie dans les systèmes hybrides multi-sources multi-charges". S. l. : S. n, 2009. http://www.scd.inpl-nancy.fr/theses/2009_PAYMAN_A.pdf.
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Gailly, Frédéric. "Alimentation électrique d'un site isolé à partir d'un générateur photovoltaïque associé à un tandem électrolyseur/pile à combustible (batterie H2/O2)". Phd thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://oatao.univ-toulouse.fr/11527/1/Gailly_Frederic.pdf.
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Les systèmes à énergies renouvelables couplés à un stockage hydrogène apportent des solutions nouvelles et innovantes à l'alimentation électrique des milieux peu ou non électrifiés. Le concept de batterie H2 qui équipe ce type de système est une forme de stockage originale qui apporte l'autonomie et l'indépendance électrique pour des longues durées (typiquement stockage saisonnier). Le fonctionnement de cette batterie H2 est le suivant : un électrolyseur produit des gaz (H2 et O2) avec les surplus d'énergie de la source renouvelable ; l'hydrogène, voire l'oxygène, est ensuite stocké dans des réservoirs pour être utilisé ultérieurement grâce à une pile à combustible lorsque la source renouvelable est insuffisante. Dans cette étude, nous nous intéresserons spécifiquement au couplage entre des générateurs photovoltaïques avec une batterie H2/O2 pour l'alimentation d'un site isolé sans interruption. Ces travaux de recherche s'inscrivent dans le projet ANR PEPITE (ANR-PanH 2007-2012) et ont été menés en partenariat avec HELION Hydrogen Power, le CEA Liten et l'Université de Corse. Le projet est également labellisé par les pôles de compétitivité CAPENERGIES et TENERRDIS. Tout d'abord, une réflexion générale s'appuyant sur les propriétés d'une batterie H2/O2 démontre la nécessité d'introduire une batterie (ici au plomb) pour garantir un fonctionnement instantané et sans interruption. Puis, une étude qualitative sur les architectures électriques possibles (bus de tension DC, AC…) a été menée pour s'achever sur une étude quantitative réalisée spécifiquement pour le projet PEPITE. Parallèlement à cela, différentes stratégies de gestions énergétiques ont été proposées afin d'utiliser les deux stockages dans les meilleures conditions, de limiter leur vieillissement ainsi que les pertes. Deux bancs d'essais à échelle réduite (un premier à bus DC et un second à bus AC) ont été réalisés au sein du laboratoire LAPLACE afin de valider les études et de préparer le prototype final qui sera testé sur le site de HELION Hydrogen Power au cours de l'été 2011.
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Bahrami, Milad. "Contribution to the development of a fuel cell management system". Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0025.
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L'intermittence des ressources constitue le principal défi de l'utilisation de la production d'électricité à partir d'énergies renouvelables. Par conséquent, de nouveaux moyens de stockage de l'électricité sont inévitables. L'hydrogène, en tant que vecteur énergétique, peut résoudre ce problème. L'hydrogène peut être produit en utilisant l'énergie excédentaire des sources d'énergie renouvelables. C'est pourquoi une pile à combustible à membrane électrolytique polymère (PEMFC), en tant que dispositif capable de convertir directement l'énergie de l'hydrogène en électricité, est un élément important de cette solution. Le coût et la durabilité sont les principaux défis à relever pour permettre la diffusion de cette technologie sur le marché de masse. Dans le cadre d'un micro-réseau multi-vecteurs, un système de gestion des piles à combustible (FCMS) est proposé et conçu dans cette thèse. Il permet d'optimiser la fiabilité et la durée de vie des PEMFC en contrôlant l'état de fonctionnement des cellules pour éviter les instabilités électrochimiques. Une méthode de diagnostic ainsi qu'une nouvelle architecture d'électronique de puissance hybride sont le cœur de ce FCMS. La méthode de diagnostic peut détecter la plupart des instabilités du FCMS grâce à un nouveau modèle en temps réel. Ce modèle peut simuler une cellule dans son environnement de pile. Une architecture d'électronique de puissance hybride est développée pour ce FCMS qui garantit un meilleur vieillissement du système en contrôlant séparément la puissance fournie par les cellules. L'architecture d'électronique de puissance proposée est hybridée par un supercondensateur (SC) qui peut compenser la faible dynamique des PEMFC en fournissant les profils de charge dynamiques rapides. Une méthode de contrôle en logique floue (FLC) est développée dans le cadre du FCMS pour modifier la puissance de référence des groupes de cellules sur la base des données du modèle. Le système proposé et ses différentes parties sont validés par les résultats de la simulation et de l'expérimentationThe essential challenge in using renewable energy-based electricity generation is the intermittency of resources. Therefore, new ways to store electricity is inevitable. Hydrogen as an energy carrier can deal with this issue. Hydrogen can be produced by using the excess energy of renewable energy sources. Therefore, a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) as a device that can directly convert hydrogen energy to electricity is an important part of this solution. The cost and durability are the major challenges to enable the diffusion of this technology in the mass market. In the frame of a multi-vectors microgrid, a Fuel Cell Management System (FCMS) is proposed and designed in this thesis that allows optimizing the reliability and life of PEMFCs through controlling the operating condition of cells to avoid electrochemical instabilities. A proposed diagnostic method along with a new hybrid power electronics architecture is the core of this FCMS. The diagnostic method can detect most of the FCMS instabilities by a new comprehensive real-time model. This model can simulate a cell in its stack environment. A hybrid power electronics architecture is developed for this FCMS that guarantees better aging of the system by separately manipulating the supplied power of cells. The proposed power electronics architecture is hybridized by a Supercapacitor (SC) that can compensate for the low dynamic of PEMFCs in supplying the fast dynamic load profiles. A Fuzzy Logic Control (FLC) method is developed as a part of the FCMS to change the reference power of the cell groups based on the model data. The proposed system and its different parts are validated through the simulation and experimental results
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Zhou, Tao. "Commande et supervision énergétique d’un générateur hybride actif éolien incluant du stockage sous forme d’hydrogène et des super-condensateurs pour l’intégration dans le système électrique d’un micro réseau". Thesis, Ecole centrale de Lille, 2009. http://www.theses.fr/2009ECLI0010/document.
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Un système hybride multi-source est étudié dans cette thèse pour la génération dispersée basée sur des sources d’énergie renouvelable et des systèmes de stockage d’énergie. Il comprend un générateur éolien comme source d’énergie primaire, des super-condensateurs comme système de stockage à dynamique rapide, des piles à combustible et des électrolyseurs comme système de stockage sur le long terme sous forme d’hydrogène. Ils sont tous connectés à un bus continu commun et un onduleur est utilisé pour la connexion du système entier au réseau. Dans ce mémoire, nous avons présenté la modélisation du système, la conception du contrôle y compris des stratégies de répartition des flux de puissance et la gestion énergétique. Cette centrale hybride peut finalement générer des puissances lissées et contrôlables comme la plupart des générateurs classiques. Les performances ont été testées en simulation numérique et aussi sur un prototype expérimental. Les contributions scientifiques principales de cette thèse sont les suivantes : l’utilisation et l’adaptation des formalismes pour la modélisation des systèmes complexes et la conception de leur commande ; la conception et la réalisation expérimentale des émulateurs pour réduire le temps et le cout du développement du prototype expérimental ; la proposition et la validation de deux stratégies de gestion des puissances pour la régulation du bus continu et le contrôle des puissances transitées au réseau et enfin la proposition des stratégies de supervision énergétique avec la définition des modes de fonctionnement pour le générateur actif éolien afin d’assurer une disponibilité énergétiqueA hybrid power system is studied in this thesis for the distributed generation based on renewable energy resources and energy storage systems in microgrid applications. It consists of a wind generator as primary energy source, super-capacitors as fast-dynamic storage system, fuel cells and electrolyzers as long-term storage system in hydrogen. They are all connected to a common DC bus and an inverter is used for the connection of the whole system to the grid. In this thesis, we have presented the system modeling, the control design including the power balancing and energy management strategies. This hybrid power system can finally supply controllable smooth powers as most conventional power plants. The performances have been tested in numerical simulations and also on an experimental test bench. As result, it is able to provide ancillary services to the microgrid. The main scientific contributions of this thesis are: the use and the adaptation of the graphical tools for the modeling of complex systems and their design; the design and the experimental implementation of real-time emulators in order to reduce the time and the cost of an experimental platform; the proposition and the validation of two power balancing strategies for the DC-bus voltage regulation and the grid power control and finally the proposition of energy management strategies for the active wind generator to ensure the energy availability
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Iosub, Vasile. "Développement et optimisation d'une unité de stockage de l'ydrogène sur hydrures métalliques utilisée dans les systèmes stationnaires de pile à combustible". Paris 12, 2004. https://athena.u-pec.fr/primo-explore/search?query=any,exact,990002109170204611&vid=upec.
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Le travail effectué a commencé par une étude approfondie de la bibliographie sur l'application des hydrures métalliques comme matériau de stockage solide de l'hydrogène. Cette étude a permis de cerner deux familles de composés intermétalliques aptes à répondre à la demande de l'application envisagée : les composés de type AB5 avec une composition MmNi5-xSnx (Mm appelé mischmetal, est un mélange de La, Ce, Nd et Pr obtenu directement à partir du minerai) ainsi que les composés de type AB2 avec une composition Zr1-pTipMn2-r-sNirVs. Dans un deuxième temps, nous avons cherché à optimiser les propriétés d'absorption de l'hydrogène en jouant sur la composition et la structure de ces matériaux. En outre, une étude de cinétique et de vieillissement en cyclage a été faite. A partir des résultats expérimentaux obtenus, nous avons pu déterminer de nouvelles relations composition - structure - propriétés thermodynamiques afin de pouvoir adapter d'autres types de compostions au cahier des chargesThe work bas started with a thorough study of tbe bibliography on the metal hydrides application as hydrogen storage materials in solid gas process. This study has made possible to determine two familles of intermetallic compounds able to reach the needs of the specific application: the AB5-type compounds with MmNi5-xSnx compositions (Mm stands for mischmetal, a mixture of La, Ce, Nd and Pr as well as tbe AB2-type compounds with Zr-pTipMn2-r-sNirVs compositions. In a second time we have tried to optimise hydrogen absorption properties by modifying the alloy composition and structure. Moreover, a study of the kinetics and ageing during cycling was made. From the experimental results, new relations composition - structure - thermodvnamic properties bave been determined in order to adapt other types of hvdrogen storage materials to the specifications
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Al, Moussawi Houssein. "Efficacité énergétique dans le bâtiment: gestion optimale pour les systèmes de micro-trigénération". Caen, 2016. http://www.theses.fr/2016CAEN2054.
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Les technologies de tri-génération ou de production simultanée de chauffage, froid et d’électricité sont des solutions clés pour résoudre les problèmes mondiaux liés à l'énergie, car elles améliorent la performance énergétique, réduisent les coûts, et diminuent les impacts environnementaux. À l’échelle micro, de tels systèmes sont particulièrement intéressants en raison de leur capacité à couvrir les demandes d'énergie résidentielle avec une sécurité élevée d'alimentation et sans pertes de distribution. Un schéma de sélection est proposé afin de choisir un moteur primaire qui respecte certaines solutions économiques. Ce schéma suggère que les moteurs à combustion interne et les piles à combustible SOFC soient principalement attractifs en raison de leur fort potentiel de récupération de chaleur. En effet, la solution d’utilisation d’un système hybride constitué de la combinaison d’un moteur et d’une pile d’être examinée. Par conséquent, les systèmes de tri-génération hybrident sont modélisés et simulés grâce une communication entre deux logiciels : Matlab et Trnsys. Une procédure de traitement est mise au point pour étudier le système de tri-génération. Elle suit plusieurs étapes bien définies : la conception du système, la sélection des composants, la modélisation du système, la validation du modèle, le bon choix d'une stratégie d'exploitation, le dimensionnement des équipements, l'évaluation des performances en utilisant des évaluations 4-E, l’optimisation des paramètres, et enfin une décision est prise. Les résultats montrent que, par rapport à la production d'énergie conventionnelle, le concept de tri-génération est techniquement, économiquement et écologiquement intéressantTrigeneration or combined cooling, heating, and power technologies are a key solution to solve global energy related problems, for they enhance energy performance, reduce economic cost, and decrease environmental damage. Such systems are particularly interesting at micro-scales due to their ability to cover residential energy demands with high supply security and no distribution losses. Regarding their heart of operation, internal combustion engines and solid oxide fuel cells are mainly attractive prime movers due to their high thermal recovery potential, and the combination of both in one hybrid system is worth investigation. In order to realize a trigeneration project, it is vital to properly design and select the components, model the system, validate the model, choose an operating strategy, size the equipment, evaluate the performance using 4-E assessments, optimize the parameters accordingly, and finally make a decision. At all, when compared to conventional energy production, trigeneration concept is technically, economically, and environmentally superior
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Kong, Suyao. "Advanced passivity-based control for hybrid power systems : application to hybrid electric vehicles and microgrids". Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2020. http://indexation.univ-fcomte.fr/nuxeo/site/esupversions/a01b06c5-fb6c-452d-bd16-02b269cd0bb9.
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Un système hybride à base de pile à combustible (PàC) est une solution efficace pour faire face aux problèmes de pollution atmosphérique et de pénurie des combustibles fossiles. Cette thèse se concentre sur la conception de la commande pour les systèmes d'alimentation hybrides à base de PàC, et appliquée à deux applications : le véhicule électrique et le centre de données alimenté par un micro-réseau.Tout d'abord, cette thèse propose une commande basée sur la passivité pour un système hybride PàC/supercondensateurs (SCs). Cette commande a été conçue via la méthode de conception IDA-PBC (Interconnection and Damping Assignment - Passivity Based Control), afin de résoudre le problème de coordination des convertisseurs. L'état de charge des SCs ainsi que toutes les limitations sont intégrés directement dans la loi de commande. Un banc d'essais PHIL (Power Hardware-in-the-loop) est utilisé pour la validation. Ensuite, un filtre de Kalman étendu (EKF) est combiné avec la commande proposée, pour prévoir l'état de santé (SoH) de la pile à combustible. Enfin, un banc d'essais HIL (Hardware-in-the-loop) basé sur un FPGA INTEL / ALTERA est conçu afin de valider le fonctionnement des algorithmes en temps réel pour un véhicule commercial.Pour l'application à un micro-réseau, une commande passive est proposée pour un système hybride comprenant des panneaux photovoltaïques, une PàC, des SCs et un électrolyseur. La faisabilité de cette commande est validée par les résultats expérimentaux sur un banc d'essai PHIL. Ce travail est intégré au projet ANR DATAZERO.La nouveauté principale de cette commande est qu'elle intègre certaines contraintes de composants directement dans la loi de commande, en préservant la stabilité de l’ensemble du système, en boucle ferméeA Fuel cell (FC) hybrid power system is a promising solution to deal with the atmospheric pollution and fossil fuels shortage problems. This thesis focuses on the controller design for FC hybrid power systems, towards two applications: the hybrid electrical vehicle and the microgrid-powered datacenter.Firstly, this thesis proposes an advanced passivity-based control for a FC/super-capacitors (SCs) hybrid system. In order to solve the converters coordination problem, a controller designed using the design method Interconnection and Damping Assignment - Passivity-Based Control (IDA-PBC) is applied, which considers the state-of-charge of the SCs as well as voltage and current limitations. The proposed controller is validated on a Power Hardware-in-the-loop (PHIL) platform. Then an Extended Kalman Filter (EKF) is applied to forecast the State-of-Health (SoH) of the fuel cell and is combined with the proposed controller. Finally, a Hardware-in-the-loop (HIL) platform based on an INTEL/ALTERA FPGA is designed in order to validate the real-time operation of the algorithms for a specific case study with a commercial vehicle.For microgrid applications, a passivity-based controller for a hybrid power supply system for a green datacenter is proposed, including photovoltaic panels, a fuel cell, SCs and an electrolyzer. The feasibility of this non-linear controller is proven by the simulation results and experimental validation on a PHIL test bench. This work is integrated into the ANR DATAZERO project.The main novelty of the proposed controller is that it integrates some component constraints directly into the controller equations, while the locally asymptotic stability of the whole closed-loop system is preserved
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Radulescu, Mihai Nicolae. "Systèmes à cogénération d'électricité et de chaleur avec piles à combustible de type PEMFC ou SOFC et vaporeformage externe". Nancy 1, 2006. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2006_0095_RADULESCU.pdf.
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Les objectifs de cette thèse concernent la gestion de l'énergie dans les systèmes de production d'électricité et de chaleur (cogénération) utilisant des piles à combustible et alimentés par du gaz naturel. On donne dans un premier temps les définitions des rendements maximaux et effectifs de ces systèmes. Dans un deuxième temps, on analyse de façon détaillée le fonctionnement d'une installation H-Power à pile à combustible basse température à membrane échangeuse de protons (PEMFC) avec vaporeformeur. Le modèle réalisé est capable de prévoir le fonctionnement de l'installation dans différentes conditions. Nous fournissons des pistes pour l'amélioration des performances permettant d'élever le rendement électrique de 3 à 10 points. Finalement, on s'intéresse à titre de comparaison aux systèmes de cogénération utilisant des piles à combustible à oxyde solide SOFC, toujours alimentés en gaz naturel. La pile haute température produit suffisamment chaleur pour assurer d'une part le conditionnement thermique des gaz et d'autre part le reformage du gaz naturel. On propose et on étudie cinq architectures hybrides permettant de valoriser au mieux les énergies thermique et chimique résiduelles en les convertissant majoritairement en un supplément d'énergie électriqueThe objectives of this PhD work concern the energy management in combined heat and power (CHP or cogeneration) systems using fuel cells and fed by natural gas. Firstly, we define the theoretical and effective efficiencies of such systems. Secondly, we study in a detailed way the operation of H-Power CHP units with a low temperature proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) and steam reformer. We develop a model able to simulate the operation of the units in different conditions. We propose improvements that could lead to an electric efficiency increase by 3 to 10 percentage points. Finally, we compare these units with CHP systems using solid oxide fuel cell (SOFC) fed by natural gas. The high temperature fuel cell generates enough heat to ensure both the thermal conditioning of gases and the reforming of natural gas. We propose and study five hybrid system designs in order to value the thermal and chemical residual energies and to convert them mostly in supplementary electric energy
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Tabanjat, Abdulkader. "Modélisation, commande et supervision d'un système multi-sources connecté au réseau avec stockage tampon de l'énergie électrique via le vecteur hydrogène". Thesis, Belfort-Montbéliard, 2015. http://www.theses.fr/2015BELF0266/document.
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Les réserves limitées de combustibles fossiles et la pollution entrainée par les gaz produits ouvrent la voie à desressources énergétiques renouvelables (RER) alternatives et prometteuses telles que les ressources solaires (RS)et les ressources éoliennes (RE). Ces ressources sont librement disponibles et respectueuses de l'environnement.Cependant, les RER sont de nature intermittente. Par conséquent, il existe un besoin de lissage des fluctuations depuissance en stockant l'énergie pendant les périodes de surproduction pour la restituer au réseau lorsque lademande énergétique devient importante. Les systèmes de stockage de l'énergie (SSE) peuvent alors être utilisésde manière appropriée à cette fin.L'utilisation de plusieurs sources d'énergie et de stockeurs pour construire des systèmes de puissance hybrides(SPH) exige une stratégie de gestion de l'énergie pour atteindre le minimum de coût des SPH et un équilibre entrela production et la consommation de l'énergie. Cette méthode de gestion de l'énergie est un mécanisme pourobtenir une production d'énergie idéale et pour satisfaire convenablement la demande de charge à rendementrelativement élevé.Dans cette thèse, un SPH intégrant production électrique photovoltaïque, éolienne, une micro-turbine à gaz ainsiqu'un système de stockage de l'électricité par le vecteur hydrogène est considéré. Le but de cette hybridation estde construire un système fiable, qui est en mesure de fournir la charge et qui a la capacité de stocker l'énergieexcédentaire sous forme hydrogène et de la réutiliser plus tard. En outre, le problème d'ombrage partiel dePanneaux Photovoltaïques est étudié de manière approfondie. Une nouvelle solution basée sur des interrupteurssimples et un contrôle par logique floue intégré dans une carte électronique dSPACE a été proposée. Unereconfiguration des panneaux photovoltaïques en temps réel et de déconnexion de ceux ombragés est égalementeffectuée en cherchant à minimiser les pertes de puissance. Le couplage thermique entre ces panneauxphotovoltaïques et un électrolyseur à membrane polymère est également étudié, à l'échelle système. Enrécupérant une partie de l'énergie thermique reçue par les panneaux, une amélioration du rendement du systèmehybride PPVELS MEP est réaliséeThe limited reserves of fossil fuel and the pollution gases produced pave the way to promising alternativeRenewable Energy Sources (RESs) such as Solar Energy Sources (SESs) and Wind Energy Sources (WESs).SESs and WESs are freely available and environmentally friendly. However, RESs are intermittent in nature.Therefore, the smoothing of power fluctuations by storing the energy during periods of oversupply and restore it tothe grid when demand becomes necessary. Accordingly, Energy Storage Systems (ESSs) can be appropriatelyused for this purpose.Using several energy sources for constructing HPSs alongside with ESS will require an energy managementstrategy to achieve minimum HPS cost and optimal balance between energy generation and energy consumption.This energy management method is a mechanism to achieve an ideal energy production and to conveniently satisfythe load demand at relatively high efficiency.In this thesis, a Hybrid Power System (HPS) including Renewable Energy Sources (RESs) such as main sourcescombined with Gas Micro-Turbine (GMT) and hydrogen storage system such as Back-up Sources (BKUSs) hasbeen presented. The aim of this hybridization is to build a reliable system, which is able to supply the load andhaving the ability to store the excess energy in hydrogen form and reuse it later when demanded. Consequently, thestored energy at the end of each cycle will be zero and a minimum generated power cost is achieved. In addition,partial shading problem of Photovoltaic (PV) panels is comprehensively studied and a new solution based on simpleswitches and Fuzzy Logic Control (FLC) integrated into dSPACE electronic card is created. Consequently, a realtime PV panels reconfiguration and disconnecting shaded ones is performed and minimum power losses isachieved. Then, the PV panels are connected to a Proton Exchange Membrane Electrolyser (PEM ELS). Theemitted temperature by the PV panels is transferred to the endothermic element PEM ELS. Consequently, anefficiency enhancement of the hybrid system PVPEM ELS is realized
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Zhang, Zhiming. "Modélisation mécanique des interfaces multi-contacts dans une pile à combustible". Thesis, Evry-Val d'Essonne, 2010. http://www.theses.fr/2010EVRY0035/document.
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La pile à combustible transforme l'énergie chimique en énergie électrique grâce à un empilement de différentes structures lamellaires. Des phénomènes mécaniques présents aux interfaces agissent de manière plus ou moins directe sur les performances et la durée de vie de la pile. Nous avons montré que la précompression par boulons tirants pendant l'assemblage, la déformation de la couche de diffusion gazeuse (GDL), le contact et la configuration de la plaque bipolaire (BPP) avaient des influences importantes sur la résistance de contact, la porosité et la perméabilité de la pile. La résistance de contact est déterminée par la zone de contact et la pression de contact. La porosité et la perméabilité sont liées à la déformation aux interfaces. Le contact entre les différentes structures a un rôle majeur dans le fonctionnement de la pile. Ce problème a été modélisé par la méthode des éléments finis. Différents paramètres de la pile comme la précompression, la structure géométrique des dents de la plaque BPP ou encore la porosité de la GDL ont été étudiés et ont permis de connaître l'état de contact ainsi que les déformations dans les structures. L'influence de certains paramètres sur les résultats mécaniques de la pile a ensuite été abordée. L'objectif de cette étude est de fournir des valeurs optimales de ces paramètres pour obtenir la meilleure performance possible de la pileThe fuel cell transforms chemical energy to electrical power sources through a stack of different planar structures. Mechanical phenomena presented on the multi-contact interface acts more or less the fuel cell's performance and lifetime. We have shown that the pre-load by stacking bolts, the deformation of the gas diffusion layer (GDL), the contact and the configuration of the bipolar plate (BPP) had influences on the contact resistance, the porosity and the permeability of the fuel cell. The contact resistance is determined by the contact area and contact pressure. The porosity and permeability are related to the interfacial deformation. The contact between the different structures has a major role in the fuel cell operation. This problem is solved by the finite element method. Various parameters of the fuel cell as the pre-load, the geometric structure of teeth of BPP as well as the porosity of the GDL were studied and allowed to know the contact behavior and the deformation. The influence of some parameters on the mechanical results of fuel cell stack was then tackled. The purpose of this study is to provide optimum values of these parameters to obtain the best performance of fuel cells
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Salah, Abdelkrim. "Simulation et contrôle de l'aspect thermique d'une pile à combustible PEMFC". Besançon, 2008. http://www.theses.fr/2008BESA2062.
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Le travail de cette thèse est dédié aux problèmes de la gestion thermique de la pile à combustible PEMFC destinée au transport automobile. En effet, 50 % de l’énergie produite par la pile est transformée en chaleur. L’utilisation effective et optimale de la pile nécessite une bonne compréhension du champ thermique afin de contrôler les flux de chaleur qui la traverse. Dans la première partie de cette thèse, nous avons développé l’approche nodale, inspirée de l’analogie thermique-électrique, pour un cas de transfert couplé conduction-convection. Cette approche présente l’avantage d’une part, de présenter le phénomène thermique dans la pile à combustible sans avoir recours au couplage entre codes de calculs, et d’autre part, sa mise en œuvre pour le calcul intensif. Nous montrerons que les temps des simulations sont considérablement réduits. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons exploité l’approche nodale pour la régulation de la température de la pile. Nous avons obtenu un modèle d’état qui révèle un lien bilinéaire entre la variable d’état représentée par la température et les entrées du système. Nous montrerons dans ce travail qu’il est possible de réguler par rétroaction la température de la pile à combustible autour d’un point de fonctionnement choisiThis thesis deals with contribution to thermal problems of PEM Fuel Cell. In fact, since the chemical conversion of energy stored within the fuel cell is accompanied by the production of an important thermal energy (50 %), it is most important to understand the thermal behavior of fuel cell. Majority of models involves complex systems of heat differential equations. In addition, PEMFC presents a heterogeneous system and thermal coupling of conduction-convection involves complex differential equations, and their solution can not be done within a reasonable amount of time by sequential program. In the first part of this work, seeking reliable and simple method for study of thermal behavior phenomena, we have developed the nodal approach that result from a formal analogy between analogical circuits and their counterpart’s phenomena. In this approach, we can represent the two phenomena of conduction-convection without any coupling of with another approach of representation. It will be shown in this thesis that this model presents high scalability and parallel processing characteristics that make it suitable for simulation on parallel machines or a network of workstations. In the second part of this work, we have interested to the control of the temperature of fuel cell. The model inspired by the nodal approach that we have developed is in the bilinear form. We propose a result on feedback stabilization of thermal behavior of PEM Fuel Cell