Dimensionnement optimal d’un système hybride direct pile à combustible PEM haute température (PEM-HT) – batterie et impact d’un tel système sur les interactions avec le convertisseur de puissance associé.

La soutenance de thèse de Thomas JARRY, intitulée Dimensionnement optimal d’un système hybride direct pile à combustible PEM haute température (PEM-HT) – batterie et impact d’un tel système sur les interactions avec le convertisseur de puissance associé, se déroulera le 20 juillet 2022 à 10h en salle des thèses de l’ENSEEIHT (C002).

Les travaux de thèse ont été réalisés au sein du groupe GENESYS et au sein d’un projet en partenariat avec l’entreprise Safran Power Units.

Jury :

M. Daniel HISSEL, Professeur des universités, Université de Franche-Comté, FEMTO-ST. Rapporteur.

M. Walter LHOMME, Maître de conférences, Université de Lille. Rapporteur.

Mme. Delphine RIU, Professeure des universités, Grenoble INP. Examinatrice.

M. Rochdi TRIGUI, Directeur de recherche, Université Gustave Eiffel. Examinateur.

Mme. Marion SCOHY, Docteure-Ingénieure, Safran Power Units. Invitée.

M. Christophe TURPIN, Directeur de recherche, CNRS. Directeur de thèse

M. Amine JAAFAR, Maître de conférences, Toulouse INP. Co-directeur de thèse.

M. Fabien LACRESSONNIERE, Maître de conférences, UPS – IUT de Tarbes. Co-directeur de thèse

Résumé :

Cette thèse se déroule au sein du Laboratoire Plasma et Conversion d’énergie (LAPLACE), dans le Groupe Génie Electrique et Systémique (GENESYS). Ce groupe de recherche travaille sur la conception de systèmes énergétiques, et notamment les aspects de dimensionnement, de gestion d’énergie et de modélisation de systèmes hétérogènes couplés. Le groupe GENESYS travaille notamment sur les piles à combustible, en étudiant le potentiel de cette technologie au sein de systèmes de production d’électricité.

Le projet « Pile à combustible Pour Applications Aéronautiques (PIPAA) » est porté par un des partenaires industriels du LAPLACE, Safran Power Units, basé à Toulouse. Ce projet vise à concevoir un système de production d’électricité utilisant une pile à combustible hybridée à des stockages électrochimiques (batterie, supercondensateurs) pour des applications aéronautiques.

Dans l’optique de simplifier le système hybride, la thèse a pour objet l’étude de l’hybridation directe d’une pile à combustible type PEM-HT (Pile à membranes échangeuses de protons haute température) avec une batterie. Cette hybridation directe vise d’une part à protéger la pile contre les variations rapides de courant demandées par l’application et d’autre part à la protéger contre les harmoniques de courant générés intrinsèquement par l’électronique de puissance associée en filtrant l’ondulation haute fréquence du courant.

Un modèle dynamique du système a été développé, composé de modèles de pile et de batterie identifiés à partir de caractérisations sur des composants typiques. Une caractérisation originale du modèle dynamique de la pile a été menée à partir de sollicitations quasi-statiques réalisées à débits régulés et à débits fixes, et de balayages dynamiques en courant réalisés à débits fixes. Un dimensionnement d’un système hybride direct pile – batterie est proposé à partir d’un modèle au final simplifié du système. Celui-ci, validé par comparaison avec un modèle dynamique plutôt très complet, permet la résolution analytique du système et la comparaison de différentes technologies de batterie – lithium-ion et NiCd – pour une telle hybridation.

Par ailleurs, un essai d’endurance permettant d’étudier l’impact d’harmoniques de courant à haute fréquence (HF) est actuellement mené sur 4 monocellules PEM-HT sur un banc développé au cours de ces travaux de thèse. L’analyse la plus poussée possible de ces essais sera proposée afin de démontrer l’intérêt de filtrer ces harmoniques HF par une hybridation directe.

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