diff´erence de pression entre l’anode et la cathode. L’avantage de cette synth`ese de la commande est que le contrˆoleur n’est pas limit´e autour d’un point de fonctionnement. Ainsi la performance sur toute la plage de fonctionnement de la pile `a combustible a ´et´e garantie.
1.7 Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons pr´esent´e les diff´erents types de piles `a combustibles. Nous avons pr´ecis´e les types de P`aC que nous utilisons : PEM. Ce type de piles est aliment´e en hydrog`ene au niveau de l’anode et en air au niveau de la cathode. Nous avons d´ecrit les besoins d’un certain nombre d’auxiliaires comme : l’humidificateur, le syst`eme d’alimenta-tion en air et le r´eservoir d’hydrog`ene, le refroidisseur et le convertisseur. Nous avons aussi d´ecrit le syst`eme de contrˆole des auxiliaires pour am´eliorer le rendement et la performance du syst`eme. Les probl´ematiques d’un syst`eme P`aC ont ´et´e discut´ees. Puis une revue de la litt´erature sur les diff´erents travaux de recherche qui traitent les probl´ematiques des auxiliaires ont ´et´e pr´esent´ees. Nous nous sommes int´eress´es `a la synth`ese des commandes robuste et adaptative du syst`eme d’alimentation en air afin d’optimiser la puissance nette fournie par la P`aC, tout en consid´erant les incertitudes param´etriques. Une solution a ´et´e propos´ee pour prot´eger d’une part le compresseur centrifuge du pompage et d’autre part la P`aC du manque d’oxyg`ene. Finalement la commande robuste de la pression de l’anode et de la cathode, en vue de r´eduire la diff´erence de pression sur la membrane, a ´et´e trait´ee dans le contexte de la commande robuste des syst`emes incertains. Dans le chapitre suivant nous pr´esentons dans un premier temps la mod´elisation statique et dynamique de la P`aC propos´e par [118]. Puis, nous d´etaillons le mod`ele utilis´e dans ce travail de th`ese pour deux types de syst`eme d’alimentation en air.
Chapitre 2
Mod´elisation du syst`eme pile `a
combustible
2.1 Introduction
Dans le chapitre pr´ec´edent, une introduction g´en´erale, sur le syst`eme pile `a combus-tible et ses auxiliaires, a ´et´e pr´esent´ee. L’objectif du contrˆole pour ce syst`eme consiste `a atteindre un haut niveau de performance et une dur´ee de vie plus longue. Dans la PEMFC, plusieurs variables doivent ˆetre r´egl´ees d’une mani`ere pr´ecis comme : la quantit´e d’hydro-g`ene `a l’anode, la quantit´e d’air inject´e par le compresseur dans la cathode, la quantit´e d’eau produite, la temp´erature g´en´er´ee par la r´eaction chimique et l’´energie fournie par la P`aC. Ces sous-syst`emes sont fortement li´es entre eux, ceci rend le syst`eme complet forte-ment non-lin´eaire et difficile `a contrˆoler. Donc, un mod`ele bien adapt´e est tr`es important afin de synth´etiser des lois de la commande pour la PEMFC.
Il existe dans la litt´erature, de nombreux travaux sur la mod´elisation de la P`aC. Ces mod`eles sont class´es dans trois cat´egories diff´erentes [135] : les mod`eles qui sont bas´es sur des ´equations diff´erentielles aux d´eriv´ees partielles, les mod`eles statiques qui sont bas´es sur des travaux exp´erimentaux, et les mod`eles dynamiques, qui n´egligent les va-riations spatiales. Dans [1, 3, 73, 94, 26], plusieurs types de mod´elisation pour mod´eliser la r´eaction ´electrochimique sont propos´es. Le but de ces mod´elisations est d’obtenir les caract´eristiques de polarisation de la P`aC, qui sont d´efinis par la tension et le courant de la P`aC. Dans la plupart des mod´elisations le courant de la P`aC est consid´er´e comme
une entr´ee du syst`eme. La tension ´electrique de la P`aC est consid´er´ee comme une sortie [3, 119, 123, 139, 27]. Des mod´elisations de type 1D [2, 16, 17] et 2D [35, 53, 128, 131] ont ´et´e d´evelopp´ees pour le transport des gaz et de l’eau. Dans [65], les auteurs ont propos´e une mod´elisation par r´eseaux de neurones. Dans [15] et [59] la mod´elisation de la P`aC est bas´ee sur des circuits analogiques ´electriques. Des mod´elisations par Bond Graph sont d´ecrites dans [42, 125]. Dans [23, 30], les auteurs ont propos´e une mod´elisation par une approche graphique de la Repr´esentation Energ´etique Macroscopique (REM). Un mod`ele orient´e contrˆole bas´e sur des relations thermodynamiques et m´ecaniques est propos´e dans [118]. Par la suite, ce mod`ele a ´et´e simplifi´e sous certaines hypoth`eses, dans [132] et [137], pour focaliser l’´etude sur la partie alimentation en air et la partie cathode. Dans ce travail de th`ese, la mod´elisation que nous utilisons, pour la synth`ese de nos contrˆoleurs est bas´ee sur le mod`ele propos´e par [132].
Dans ce chapitre une pr´esentation du mod`ele statique de la P`aC est pr´esent´ee. Ce mod`ele est utile pour calculer la tension fournie par la P`aC. Ensuite, une pr´esentation des mod`eles dynamiques bas´es sur les travaux de [118] et de [132] est revisit´ee. Deux types de compresseurs sont utilis´es pour le syst`eme d’alimentation en air, ce sont, le compresseur `
a double vis et le compresseur centrifuge. Ces compresseurs sont mod´elis´es et valid´es exp´erimentalement `a la fin de ce chapitre.