Le FTC de syst`eme P`aC est un sujet de recherche tr`es jeune qui permet de supprimer ou d’att´enuer diverses fautes. Le travail propos´e dans ce chapitre est le premier qui vise `a prendre en compte le vieillissement dans la boucle de contrˆole. Tout d’abord, un mod`ele multiphysique de pile `a param`etres non stationnaires dans le formalisme REM est pr´esent´e. Celui-ci a des caract´eristiques tr`es proche du mod`ele BG propos´e dans le chapitre 3 lorsque le vieillissement n’est pas pris en compte. La d´egradation qui est int´egr´ee `a ce mod`ele affecte les param`etres ´electrochimiques de mani`ere lin´eaire comme propos´e dans le chapitre 4.
Une Structure Pratique de Commande est ensuite d´evelopp´ee par inversion du mod`ele REM o`u les mesures non raisonnables sont remplac´ees par des estimateurs. Le filtre de Kalman ´etendu, estime l’´etat de sant´e afin d’ajuster les param`etres du contrˆole. De plus, une strat´egie de commande tol´erante au vieillissement pour une puissance constante est propos´ee. Celle-ci permet la r´egulation de la puissance que peut fournir la P`aC. Une extension de se travail pourrait ˆetre faite lorsque la puissance demand´ee suit un profil variable.
Lorsque la d´egradation est trop importante la puissance maximale que la P`aC peut d´elivrer devient inf´erieure `a la puissance de r´ef´erence. Ceci a motiv´e le d´eveloppement d’un algorithme d’estimation de la puissance maximale en utilisant l’´etat de sant´e estim´e par l’EKF. De plus, avec une estimation de la vitesse de d´egradation nous sommes en mesure de pr´edire la dur´ee de vie r´esiduelle avant que la puissance de r´ef´erence ne puisse plus ˆetre fournie. Il conviendrait n´eanmoins de quantifier l’incertitude de pr´ediction.
Ces algorithmes n’ont pas pu ˆetre valid´es exp´erimentalement mais on peut imaginer que leurs performances pourraient ˆetre am´elior´ees. En effet, le courant de consigne a un impact di- rect sur la d´egradation de la P`aC et devrait donc ˆetre pris en compte dans le contrˆole. Am´eliorer les performances des outils de pronostic permettra d’obtenir de meilleurs performances pour le FTC. N´eanmoins, ce chapitre pose les bases pour un travail futur.
Chapitre 6
Conclusion g´en´erale
6.1
Bilan
Face `a une probl`ematique ´energ´etique mondiale, la P`aC (parmi d’autres solutions renou- velables) semble ˆetre une alternative judicieuse aux ´energies fossiles. En effet, ce convertisseur ´electrochimique transforme l’hydrog`ene en ´electricit´e avec un haut rendement, tout en ne re- jetant que de l’eau. Cependant, la P`aC souffre d’une dur´ee de vie limit´ee. L’un des moyens d’action dont on dispose est la mise en oeuvre de la discipline PHM pour les syst`emes P`aC. Le premier chapitre introduit le fonctionnement et les limites des P`aCs de technologie membrane ´echangeuse de proton permettant de justifier la mise en place d’un algorithme de pronostic robuste bas´e sur un mod`ele de connaissance.
Une P`aC ´etant un syst`eme multiphysique complexe dont les ph´enom`enes sont fortement coupl´es, sa mod´elisation n’est pas ais´ee. En se basant sur l’utilisation d’un formalisme gra- phique, les ´echanges de puissance et les couplages peuvent ˆetre graphiquement explicit´es, le syst`eme mod´elis´e peut ˆetre d´ecompos´e fonctionnellement ou structurellement et les langages graphiques permettent au mod`ele d’´evoluer si la granularit´e l’exige. Le deuxi`eme chapitre in- troduit donc les formalismes graphiques et leurs applications `a la P`aC. Cet ´etat de l’art pointe cependant l’absence de mod`eles incertains alors qu’il est difficile d’obtenir les param`etres in- ternes de la P`aC avec pr´ecision.
Le troisi`eme chapitre propose donc un mod`ele de P`aC bas´e sur le formalisme Bond Graph LFT. Tout d’abord, un mod`ele multiphysique d´eterministe est pr´esent´e. Celui ci, de part ses propri´et´es structurelles, permet la g´en´eration d’indicateurs de fautes qui sont utilis´e par un diagnostiqueur afin d’identifier et d’isoler un ensemble de fautes : noyage, ass`echement, d´efaut du circuit de refroidissement et vieillissement. Afin d’am´eliorer les performances et la robustesse des alarmes aux incertitudes param´etriques lors de la phase d´etection, le sous- syst`eme ´electrochimique est mod´elis´e en utilisant le formalisme BG LFT.
Dans le chapitre 4, une m´ethode de pronostic bas´e mod`ele est pr´esent´ee. Puisqu’il est diffi- cile de mod´eliser la d´egradation interne de la P`aC, une analyse param´etrique (dont la valeur des param`etres est issue d’une identification des courbes de polarisations) permet de d´evelopper un mod`ele de d´egradation empirique. Celui-ci est utilis´e par un filtre de Kalman ´etendu afin d’es- timer l’´etat de sant´e, la vitesse de d´egradation et l’incertitude d’estimation de ces variables. Un algorithme IFORM permet quant `a lui, grˆace `a l’estimation de l’EKF de pr´edire le RUL avec un intervalle de confiance. Les incertitudes d’estimation et de pr´ediction ne peuvent ˆetre obte- nues qu’avec un r´eglage coh´erent de l’EKF ce qui est ´egalement pr´esent´e. La m´ethode globale
est valid´ee sur un cas de simulation puis appliqu´ee sur diff´erentes campagnes exp´erimentales. Lorsqu’un profil de courant constant ou µ-cog´en´eration est consid´er´e, l’algorithme donne des r´esultats satisfaisants. Cependant, avec un profil extrˆemement dynamique (type transport) o`u la vitesse de d´egradation est fortement variable, la pr´ediction du RUL doit ˆetre am´elior´ee. Un des avantages majeurs que la m´ethode offre est le temps de calcul extrˆemement faible compar´e `
a des m´ethodes bas´ees donn´ees ou hybride ce qui permet d’appliquer la m´ethode en temps r´eel. Finalement, le chapitre 5 d´emontre l’int´erˆet potentiel des algorithmes de pronostic pour le contrˆole tol´erant au vieillissement. En particulier, un mod`ele REM non stationnaire est pr´esent´e. De celui-ci, une structure pratique de commande est d´eriv´ee par inversion du mod`ele. Le filtre de Kalman qui estime l’´etat de sant´e permet d’adapter la valeur des param`etres du contrˆole. Puis une strat´egie de commande robuste au vieillissement `a puissance constante est montr´ee. En particulier, cette strat´egie est capable d’estimer la puissance que peut fournir la P`aC en fonction de l’´etat de sant´e afin d’ajuster le niveau de courant demand´e et donc de l’asservir en puissance. De plus, l’algorithme de pronostic a ´et´e adapt´e afin de pr´edire la dur´ee de vie pour laquelle la P`aC peut fournir la puissance de r´ef´erence.