| Version imprimable |
| Modélisation macroscopique de piles PEFC et SOFC pour l'étude de leur couplage (Macroscopic modeling of SOFC and PEFC fuel cells for the study of their coupling) | ||
Chnani, Moussa - (2008-10-07) / Université de Franche-Comté, Université de Technologie Belfort – Montbéliard (UTBM) - Modélisation macroscopique de piles PEFC et SOFC pour l'étude de leur couplage en : Français Directeur(s) de thèse: Kauffmann, Jean-Marie Laboratoire : FEMTO-ST Ecole doctorale : SPIM Classification : Sciences de l'ingénieur | ||
Mots-clés : Pile à combustible, Modélisation, PEFC, Gaz reformé, SOFC, Caractérisation expérimentale, Spectroscopie d’impédance électrochimique Résumé : Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans le cadre du projet européen « FELICITAS », dont l’ambition est le développement de générateurs piles à combustible performants pour les applications transport de type ferroviaire, routier lourd et maritime. Les travaux présentés sont une contribution à l’évaluation d’une hybridation de sources originale où sont couplées en série une pile haute température de type oxyde solide (SOFC) alimentée en diesel et une pile basse température de type électrolyte polymère (PEFC). La SOFC participe ainsi à la fourniture de puissance électrique et contribue également au procédé de purification du combustible destiné à la PEFC en oxydant une fraction du monoxyde de carbone. Une approche de modélisation macroscopique a été développée. La complexité d’une pile à combustible réside notamment dans la prise en compte de son caractère multiphysique : elle est le siège des phénomènes électrochimique, fluidiques et thermiques. Cette difficulté a été surmontée en utilisant une analogie avec un circuit électrique équivalent pour unifier ses trois aspects, implanter et coupler ces sous-modèles dans un logiciel unique sous Matlab/Simulink™. Un modèle de pile SOFC est proposé, appliquant le principe d’analogie électrique pour les circuits anodiques et cathodiques ainsi qu’une méthode nodale pour le comportement thermique. Le combustible considéré est un mélange d’hydrogène, d’azote, de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone et de vapeur d’eau, dont la composition est proche de celle obtenue à la sortie d’un reformeur. Un banc d’essai spécifique a été conçu et réalisé pour le test de petits empilements afin de valider le modèle. Deux types de conception de stack ont été étudiés : une technologie à combustion libre du gaz anodique dans le fluide et une technologie à collecteur de gaz d’échappement anodique. Un modèle de pile PEFC isotherme a également été développé sur le même principe. La validation expérimentale a été faite sur un banc disponible au laboratoire. Une bibliothèque des éléments fluidique d’un générateur à pile à combustible a été enrichie (électrovanne, régulateur de débit, détendeur…) notamment par un modèle simplifié de compresseur d’air. Résumé (anglais) : This work was performed in the frame of the European project « FELICITAS », which aimed to develop fuel cell drive trains capable of meeting the demands of heavy-duty transport for road, rail and marine applications. It is a contribution to the evaluation of the hybridization of two types of fuel cells. A high temperature solid oxide fuel cell (SOFC) fuelled by diesel and a low temperature polymer electrolyte fuel cell (PEFC) are coupled in series. The SOFC participates to the power electrical supply and also contributes to the purification process of fuel for the PEFC oxidant in a fraction of carbon monoxide. A macroscopic modelling approach has been developed. The complexity of a fuel cell comes from the multiphysics phenomena occurring: electrochemical, thermal and fluidic phenomena. This difficulty was overcome by using an equivalent electrical analogy to unify its three aspects, implement and combine these sub-models into a single Matlab/Simulink™ subroutine. A SOFC stack model is proposed, applying the principle of electrical analogy circuit of the anode and the cathode , and a nodal method for the thermal behaviour is developed. The fuel is a mixture of hydrogen, nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and water vapour, which is obtained by a reformer. A test bench was specifically designed and built for testing of shortl stacks in order to validate the model. Two types of design stack were investigated: a free gas combustion technology in the anode and anode exhaust fluid technology collector. A model for isothermal PEFC stack has also been developed on the same principle. The experimental validation was made available on a test bench in the laboratory. A library of components of a fluidic generator fuel cell was enriched. Identifiant : UFC-345 | ||
| Exporter au format XML |