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Dans le cadre de l’élaboration de stratégies technologiques pour s’opposer au réchauffement climatique, il est important de développer des solutions permettant de stocker l’énergie électrique, puis de la distribuer en fonction des besoins, car cette énergie ne peut pas être conservée sur le réseau EDF. L’hydrogène représente une solution attractive et prometteuse pour stocker et fournir une énergie électrique déjà produite. De plus, les technologies à base d’hydrogène sont bien adaptées à la modularité des sources d’énergie renouvelables. Le présent article présente les verrous technologiques et une plateforme dédiée à l’utilisation de l’hydrogène dans le cadre des énergies renouvelables et du stockage de l’énergie entre quatre laboratoires de l’Université de Lorraine ayant chacun une équipe hébergée dans les locaux de l’IUT de Longwy.

Ce projet concerne les stations de recharge à hydrogène « vert et local » pour les véhicules électriques. Dans cette première communication, nous nous focalisons sur les aspects psychosociologiques : l’acceptabilité sociale de bornes à hydrogène vert. Les stations de recharge à hydrogène « vert et local » est une activité en croissance, centrale en termes de développement territorial, en matière d’énergies alternatives et de développement durable. Outre les conditions de la rentabilité économique des investissements, l’essor performant de cette activité dépend de la capacité à surmonter les résistances individuelles et sociales. Cette recherche mobilise la théorie de l’engagement comportemental citoyen, pour comprendre d’une part les logiques et les stratégies des agents ou acteurs et d’autre part les processus d’acceptation à l’œuvre au cours du déploiement des projets d’implantation de bornes à hydrogène. Le niveau d’engagement citoyen est principalement dépendant de l’acceptabilité sociale d’une borne à hydrogène.

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International audience; Ces dernières années, la production d’hydrogène via l’électrolyse de l’eau a tiré profit d’un intérêt croissant de la part de la communauté scientifique internationale et des industriels. Afin de minimiser l’impact environnemental dans la chaîne de production, les sources d’énergie renouvelables (éolien, solaire, hydraulique) se présentent comme des solutions attractives. Tout comme les piles à combustible, les électrolyseurs ont besoin d’un convertisseur DC/DC car la tension exigée pour les alimenter est généralement faible. C’est pourquoi, les convertisseurs DC/DC buck sont utilisés. Toutefois, ces convertisseurs présentent de nombreux inconvénients pour des applications électrolyseurs, en particulier en termes de gain de conversion et d’ondulation de courant de sortie. De là, l’objectif principal de cet article est de présenter et de comparer différentes topologies DC/DC entrelacées buck candidates.

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International audience; Cet article présente un modèle électrique dynamique équivalent pour un électrolyseur à membrane échangeuse de protons (PEM). Grâce à une étude approfondie expérimentale, le domaine électrique d'un électrolyseur composé de 3 cellules a été modélisé dans des conditions de fonctionnement dynamiques. Le modèle développé est basé sur un circuit électrique équivalent prenant en compte le comportement dynamique de l'électrolyseur en cas de variations brusques du courant d'alimentation. L'environnement PLECS est utilisé pour développer le modèle électrique dynamique équivalent. Le modèle est testé avec des résultats expérimentaux. Les premiers résultats obtenus en utilisant le modèle développé démontrent l’efficacité de celui-ci à reproduire avec précision le comportement dynamique de l'électrolyseur.

International audience; Dans les systèmes pile à combustible et photovoltaïques, les convertisseurs DC/DC doivent répondre à de nombreuses problématiques en termes de compacité, gain d’élévation, réduction de l’ondulation de courant d’entrée, efficacité énergétique et fiabilité en cas de défauts d’interrupteur de puissance. Dans cet article, un convertisseur DC/DC boost entrelacé flottant a été choisi afin de respecter ces contraintes pour ce type d’application. Malgré la présence de redondance, un défaut d’interrupteur de puissance peut détériorer la fiabilité du convertisseur en raison des contraintes électriques supplémentaires sur les composants. L’objectif de cet article est de proposer un algorithme de détection de défauts d’interrupteur de puissance basé sur les vecteurs de Park et une gestion des modes de fonctionnement dégradé. Les résultats de simulation et expérimentaux obtenus démontrent les performances de l’algorithme de détection à améliorer la fiabilité du convertisseur.

National audience; Dans les systèmes pile à combustible et photovoltaïques, les convertisseurs DC/DC doivent répondre à de nombreuses problématiques en termes de compacité, gain d’élévation, réduction de l’ondulation de courant d’entrée, efficacité énergétique et fiabilité en cas de défauts d’interrupteur de puissance. Dans cet article, un convertisseur DC/DC boost entrelacé flottant a été choisi afin de respecter ces contraintes pour ce type d’application. Malgré la présence de redondance, un défaut d’interrupteur de puissance peut détériorer la fiabilité du convertisseur en raison des contraintes électriques supplémentaires sur les composants. L’objectif de cet article est de proposer un algorithme de détection de défauts d’interrupteur de puissance basé sur les vecteurs de Park et une gestion des modes de fonctionnement dégradé. Les résultats de simulation et expérimentaux obtenus démontrent les performances de l’algorithme de détection à améliorer la fiabilité du convertisseur.

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International audience; Over the last decade, fault tolerance has gained a growing interest from the scientific community, particularly for power converters such as DC/DC converters. Generally, fault-tolerance refers to a fault-tolerant topology and/or control for power converters. Within the framework of this research work, a Floating Interleaved Boost Converter (FIBC) is used in order to meet the fuel cell vehicle requirements. In DC/DC converters, power switches ranked the most delicate components. The most common failures in power switch are Open-Circuit Faults (OCFs), gating faults and Short-Circuit Faults (SCFs). The loss of one leg in case of OCF or SCF (considering that the faulty leg is isolated before damaging the system) leads up to the drastic increasing of the fuel cell current ripple and consequently long-term degradations on the fuel cell. The purpose of this paper is to present an efficient Fault-Tolerant Control (FTC) in order to reduce drastically these degradations. The performances of the power switch FTC are given from experimental results between a fuel cell and a FIBC topology.

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Au cours des dernières décennies, les progrès dans la technologie de l'électronique de puissance a permis de développer l'utilisation des convertisseurs de puissance dans une large gamme d'applications incluant les véhicules électriques. Dans de telles applications critiques, un haut niveau de fiabilité est nécessaire. Les convertisseurs de puissance jouent un rôle essentiel dans le maintien d'un fonctionnement normal pour tous les types de transport électrifié, incluant les véhicules électriques à pile à combustible. Par conséquent, la fiabilité des convertisseurs est cruciale, puisque un défaut dans ces circuits pourrait provoquer une panne ou un disfonctionnement sur l'ensemble de la chaîne de traction si aucune stratégie tolérante aux défauts n'était appliquée. L'objectif de cet article est de présenter une méthode de diagnostic originale fondée sur trois nouvelles variables crées à partir des mesures de courant de phase. Une connaissance approfondie de l'emplacement du défaut permet de mettre en place une stratégie tolérante aux défauts afin d'optimiser les modes dégradés.

Over the last years, reliability and continuity of service of powertrains have become major challenge so that the fuel cell electric vehicles (CFEV) can access to the mass automotive market. Indeed, the presence of faults in powertrains can lead up to malfunctions in the vehicle and consequently reduce its performances compared with conventional vehicles. In the case of electrical faults, powertrains of FCEV have to include fault tolerant topology and/or control for the different DC/DC and DC/AC converters. Within the framework of this research work, the study is focused on DC/DC converter combined with a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). The DC/DC converter must respond to challenging issues in FCEV applications such as: low weight and small volume, high energy efficiency, fuel cell current ripple reduction and reliability. Basing on a thorough bibliographical study on non-isolated and isolated DC/DC converter topologies, an interleaved DC/DC boost converter has been chosen, meeting the FCEV requirements.The purpose of this thesis has then consisted in sizing and controlling the chosen fault-tolerant DC/DC converter topology for FCEVs. Algorithms for degraded mode management of this converter have been developed and implemented experimentally. As such, the interaction between PEMFC and interleaved DC/DC boost converter has been investigated. A theoretical approach, simulation and experimental results have been carried out to complete this work., Ces dernières années, la fiabilité et la continuité de service des chaînes de traction sont devenus des défis majeurs afin que les véhicules électriques puissent accéder au marché grand public de l’automobile. En effet, la présence de défauts dans les chaînes de traction peut conduire à des dysfonctionnements dans les véhicules et ainsi réduire ses performances par rapport aux véhicules conventionnels. Dans l’hypothèse où des défauts électriques se produisaient, les chaînes de traction des véhicules électriques à pile à combustible devraient inclure des topologies et/ou contrôles tolérants aux défauts pour les différents convertisseurs DC/DC et DC/AC. Dans le cadre de ce travail de recherche, un focus est fait sur le convertisseur DC/DC associé à la pile à combustible de la chaine de traction. Ce dernier doit répondre aux problématiques majeures des applications véhicule électrique à pile à combustible à savoir : faible masse et petit volume, haute efficacité énergétique, réduction de l’ondulation de courant d’entrée et fiabilité. A la base d’une recherche bibliographique poussée sur les structures non-isolées et isolées appropriées pour des applications PàC, une topologie de convertisseur DC/DC entrelacé a été choisie permettant de respecter les contraintes des véhicules électriques à pile à combustible.Ce travail de thèse a ensuite consisté à dimensionner et contrôler la structure de convertisseur DC/DC tolérante aux défauts choisie pour les véhicules à PàC. Des algorithmes de gestion des modes dégradés de ce convertisseur ont été développés et implémentés expérimentalement. A ce titre, l’interaction PàC-convertisseur DC/DC a été étudiée. Une approche théorique, de simulation et expérimentale a été mise en oeuvre pour mener à bien ce travail.

Over the last years, reliability and continuity of service of powertrains have become major challenge so that the fuel cell electric vehicles (CFEV) can access to the mass automotive market. Indeed, the presence of faults in powertrains can lead up to malfunctions in the vehicle and consequently reduce its performances compared with conventional vehicles. In the case of electrical faults, powertrains of FCEV have to include fault tolerant topology and/or control for the different DC/DC and DC/AC converters. Within the framework of this research work, the study is focused on DC/DC converter combined with a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). The DC/DC converter must respond to challenging issues in FCEV applications such as: low weight and small volume, high energy efficiency, fuel cell current ripple reduction and reliability. Basing on a thorough bibliographical study on non-isolated and isolated DC/DC converter topologies, an interleaved DC/DC boost converter has been chosen, meeting the FCEV requirements.The purpose of this thesis has then consisted in sizing and controlling the chosen fault-tolerant DC/DC converter topology for FCEVs. Algorithms for degraded mode management of this converter have been developed and implemented experimentally. As such, the interaction between PEMFC and interleaved DC/DC boost converter has been investigated. A theoretical approach, simulation and experimental results have been carried out to complete this work., Ces dernières années, la fiabilité et la continuité de service des chaînes de traction sont devenus des défis majeurs afin que les véhicules électriques puissent accéder au marché grand public de l’automobile. En effet, la présence de défauts dans les chaînes de traction peut conduire à des dysfonctionnements dans les véhicules et ainsi réduire ses performances par rapport aux véhicules conventionnels. Dans l’hypothèse où des défauts électriques se produisaient, les chaînes de traction des véhicules électriques à pile à combustible devraient inclure des topologies et/ou contrôles tolérants aux défauts pour les différents convertisseurs DC/DC et DC/AC. Dans le cadre de ce travail de recherche, un focus est fait sur le convertisseur DC/DC associé à la pile à combustible de la chaine de traction. Ce dernier doit répondre aux problématiques majeures des applications véhicule électrique à pile à combustible à savoir : faible masse et petit volume, haute efficacité énergétique, réduction de l’ondulation de courant d’entrée et fiabilité. A la base d’une recherche bibliographique poussée sur les structures non-isolées et isolées appropriées pour des applications PàC, une topologie de convertisseur DC/DC entrelacé a été choisie permettant de respecter les contraintes des véhicules électriques à pile à combustible.Ce travail de thèse a ensuite consisté à dimensionner et contrôler la structure de convertisseur DC/DC tolérante aux défauts choisie pour les véhicules à PàC. Des algorithmes de gestion des modes dégradés de ce convertisseur ont été développés et implémentés expérimentalement. A ce titre, l’interaction PàC-convertisseur DC/DC a été étudiée. Une approche théorique, de simulation et expérimentale a été mise en oeuvre pour mener à bien ce travail.

Ces dernières années, la tolérance aux défauts a profité d'un intérêt croissant de la part de la communauté scientifique internationale, en particulier pour les convertisseurs DC/DC. Dans le cas des convertisseurs DC/DC, la tolérance aux défauts se présente sous deux formes : une architecture et/ou une stratégie de contrôle tolérant aux défauts. Dans cet article, l'étude se concentre sur un convertisseur DC/DC entrelacé offrant une architecture naturelle tolérante aux défauts. Ces convertisseurs doivent répondre à de nombreuses exigences dans les applications véhicule électrique à pile à combustible en termes de masse, volume, ondulation de courant d'entrée et efficacité énergétique. Dans une optique de conception optimale du convertisseur DC/DC, ces aspects doivent être pris en compte. L'objectif de cet article est d'évaluer l'impact des fonctionnements en mode dégradé sur le dimensionnement des composants magnétiques par rapport à un fonctionnement normal. Les aspects ondulation de courant, efficacité énergétique et saturation du circuit magnétique seront particulièrement analysés lors des fonctionnements en mode dégradé.

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A power management strategy for a proton exchange membrane (PEM) electrolyzer connected to a wind turbine conversion system (WTCS) is proposed in this paper. It is based on the characterization of the wind turbine and the electrolyzer as well. With the aim to interface the WCTS and the PEM electrolyzer, a stacked interleaved DC-DC buck converter has been chosen due to its benefits for this application from output current ripple and reliability point of view. This converter is controlled so that it can have a dynamic faster than the wind turbine avoiding overvoltage during transients, which could damage the PEM electrolyzer. In order to assess the performance of the power management strategy, experimental tests have been carried out. The reported results demonstrate the correct behavior of the system during transient operation.

In order to cope with the intermittent character of the renewable energy sources (RES), hydrogen production and storage tend to be an attractive and efficient solution. This is because hydrogen has much higher specific energy than the classical storage devices such as batteries or supercapacitors. In hybrid RES with hydrogen buffer storage, power converters play an important role to guarantee stability and reliability. This paper starts with an overview of hybrid RES configuration including hydrogen buffer storage. Then, a short literature survey focused on power converters is provided in order to highlight their advantages, drawbacks, and remaining issues for these applications.

This paper presents an equivalent dynamic electrical model for a proton exchange membrane (PEM) electrolyzer. Through experimental investigation, the stack voltage curve for a 3-cell PEM electrolyzer has been modeled under dynamic operating conditions. The developed model is based on an equivalent dynamic electrical model taking into consideration the dynamic behavior of the PEM electrolyzer in case of sudden variations of the input current. The Simulink environment is used to develop the equivalent dynamic electrical model. The model is tested with experimental results. The first obtained results by using the developed model show a good accuracy in replicating the dynamic behavior of the electrolyzer.