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Theses Year : 2005

Design of an hybrid source with fuel cell and supercapacitors

Conception d'une source hybride utilisant une pile à combustible et des supercondensateurs

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Abstract

The design and testing of a purely supercapacitor energy storage device as auxiliary power
source in electrical vehicle applications having a PEM fuel cell as main source are presented.
The two control strategies are explained. The control algorithms are that fuel cell is simply
operating in almost steady state conditions in order to lessen the mechanical stresses of fuel
cell and to ensure a good synchronization between fuel flow and fuel cell current.
Supercapacitors are functioning during absence of energy from fuel cell, transient energy
delivery or transient energy recovery.
The system utilizes two modules of SAFT supercapacitive storage device. This device is
connected to a 42 V DC bus by a 2-quadrant dc/dc converter, and fuel cell is connected to the
dc bus by a boost converter. The system structure is realized by analogical current loops and
digital control (dSPACE) for voltage loops and estimation algorithms. Experimental results
with a 500 W PEM fuel cell point out the slow dynamics naturally of fuel cell because of
thermodynamic and mechanical operation, and also substantiate that the supercapacitors can
improve dynamics and power conditioning for automotive electrical system.
L'étude, le dimensionnement et le test d'un dispositif de stockage d'énergie, à base de
supercondensateurs, destiné à fonctionner dans un véhicule à pile à combustible sont
présentés dans cette thèse. Deux modes de commande sont détaillés. Leur but est de permettre
un fonctionnement en quasi-statique de la pile à combustible afin de limiter les contraintes
mécaniques sur la pile en accordant les débits de gaz à la demande en courant. Les
supercapacités interviennent lors du non-fonctionnement de la pile, lors de régimes
transitoires ou de régimes de récupération.
Le dispositif développé utilise deux modules de supercapacités SAFT. Il est connecté à un bus
continu 42 V par un convertisseur continu-continu deux quadrants, la pile à combustible étant
connectée au bus continu par un convertisseur élévateur. Le contrôle des courants est réalisé
de manière analogique. Le contrôle des tensions et les algorithmes d'estimation utilisent une
carte numérique dSPACE. Les résultats expérimentaux présentés, obtenus avec une pile de
500 W, ont souligné la lenteur naturelle des réponses de la pile à combustible et l'apport des
supercapacités pour des applications automobiles. Celles-ci améliorent grandement la
dynamique et le contrôle énergétique du système.
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Dates and versions

tel-01752501 , version 2 (29-06-2006)
tel-01752501 , version 1 (29-03-2018)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01752501 , version 2

Cite

Phatiphat Thounthong. Conception d'une source hybride utilisant une pile à combustible et des supercondensateurs. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Institut National Polytechnique de Lorraine - INPL, 2005. Français. ⟨NNT : 2005INPL113N⟩. ⟨tel-01752501v2⟩
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