A generic fuel cell model and experimental validation

• Main Author: Njoya Motapon, Souleman
• Format: Others
• Published: École de technologie supérieure 2008
• Online Access: http://espace.etsmtl.ca/620/1/NJOYA_MOTAPON_Souleman.pdf; http://espace.etsmtl.ca/620/2/NJOYA_MOTAPON_Souleman%2Dweb.pdf

Les piles a combustibles font partie des sources d'energie renouvelables offrant une energie electrique propre, silencicuse et avcc un rendement eleve. Elles prennent en entree I'hydrogenc et fair et les convertissent en energie electrique a travers des reactions electrochimiques. Cette conversion ne genere que de I'eau et la chaleur. Les problemes environnementaux crees par la croissance en emissions des gaz a effet de serre ont augmente I'utilisation de ces piles dans les domaines tels que: les transports, les portables et la generation de I'energie electrique. Ces piles produisent une tension electrique qui varie dc fafon non lineaire avec le courant et elles sont le plus souvent connectees avec d'autres systemes electriques a travers des j convertisseurs CC-CC. Dans la conception et la simulation des ces convertisseurs ou meme I de tout le systeme electrique, un modele precis de ces piles est necessaire. Plusieurs articles i concernant la modelisation des piles a combustibles ont ete publics dans les annees ; anterieures, mais la majorite des modeles presentes sont obtenus de fa9on empirique ou a j travers des experiences sur des vraies piles. Ces modeles sont seulement valides pour une ,' pile en particulier et ne peuvent etre generalises. Cela rend difficile la conception et la simulation des systemes electriques bases sur les piles a combustible, surtout lorsque I'utilisateur ne dispose pas d'une vraie pile. Dans ce projet, une nouvelle approche de modelisation est proposee, une approche ou le modele de pile est obtenu a I'aide des donnees des fiches techniques des manufacturiers et qui sont disponibles aux usagers. Le model est generique et capable de representer ie comportement de n'importe quel type de pile alimentee par I'hydrogene et fair. Le modele est valide par des comparaisons avec les donnees des fiches techniques et avec les resultats des tests sur une vraie pile. Une fiche technique d'une pile de 6kW-45V a membrane echangeuse de protons (PEMFC) de NedStack est consideree pour I'etude et les experiences sont performees sur une pile de 500W-48V (EPAC-500). Les resultats de simulation sont tres proches des resultats attendus avec juste une erreur (entre la tension donnee par le modele et la tension reelle) qui varie entre ± 1 % , ceci tant en regime permanent qu'en regime transitoire et a n'importe quelle condition d'operation. Ce resuhat est valide si I'humidite a I'interieur de la pile est bien controlee. Cependant le modele produit une erreur de 1% lorsque la pression d'air augmente de 9% et une erreur d'environs 3% lorsque la temperature decroit de 15% sous I'effet de I'humidite. Le modele propose est integre dans SimPowerSystems (SPS) et rendu disponible pour les usagers du SPS. Un modele de demonstration d'un vehicule electrique base sur une pile a combustible est presente pour faire ressortir les avantages du modele propose dans la simulation des systemes electriques bases sur les piles a combustibles et pour aussi montrer comment la pile interagit avec d'autres elements electriques. Ce vehicule est modelise avec les memes caracteristiques que le nouveau vehicule developpe par Honda (la FCX-Clarity- 2008). Les performances du modele de pile et du vehicule sont similaires a la realite en termes de consommation en hydrogene, vitesse maximale et acceleration. Ce qui confirme la validite du modele du vehicule. Le modele du vehicule est une application claire des piles a combustible et peut etre utilise comme un point de depart dans la conception et la simulation des systemes electriques bases sur les piles a combustibles.