Modélisation et commande d`un véhicule électrique à piles à

1
République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université des Sciences et la Technologie d’Oran
Mohamed BOUDIAF
FACULTE DE GENIE ELECTRIQUE
DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE
MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU DIPLOME DE
MAGISTERE
SPECIALITE : ELECTROTECHNIQUE
OPTION : RESEAUX ELECTRIQUE
PRESENTEE PAR
Mr. MEDDAH Salem
SUJET DU MEMOIRE
Modélisation et commande d’un véhicule électrique à piles à
combustible
SOUTENU LE DEVANT LE JURY COMPOSE DE :
BOURAHLA Professeur USTO PRESIDENT
A. TAHOUR M.C.A Bechar RAPPORTEUR
K. Mammar C.C Bechar CO-ENCADREUR
C. BENACHAIBA M.C.A Bechar EXAMINATEUR
A. TIOURSI Professeur USTO EXAMINATEUR

2
Je remercie vivement Monsieur BENACHAIBA Chellali pour les immenses efforts afin de
nous encadrer durant notre superbe formation, pour les nombreuses discussions que nous avons eu,
malgré un emploi du temps chargé, pour sa sensibilité, son égard, le respect et la sympathie dont je
fus témoin.
Je tiens à remercier Monsieur TAHOUR Ahmed pour avoir encadrer ce travail de mémoire,
je le remercie pour le temps et les conseils qu’il n’a pas comptés, pour l’enthousiasme insatiable
dont il fait preuve pour la recherche
J’adresse mes sincères remerciements au Monsieur MAMMAR Khaled pour avoir initié et
soutenu mon travail et d’avoir fait preuve d’une patience et d’une attention toute particulière.
Je veux remercier également ma famille et mes amis pour leur soutien moral

3
ﷲﺍ ﻢﺴﺑ , ﻪﻌﺒﺗ ﻦﻣﻭ ﻪﺒﺤﺻﻭ ﻪﻟﺃ ﻰﻠﻋﻭ ﷲﺍ ﻝﻮﺳﺭ ﻰﻠﻋ ﻡﻼﺴﻟﺍﻭ ﺓﻼﺼﻟﺍﻭ
ﻩﻻﺍﻭﻭ ﻦﻳﺪﻟﺍ ﻡﻮﻳ ﻰﻟﺇ ﻥﺎﺴﺣﺈﺑ ,ﺪﻌﺑ ﺎﻣﺃ ﻢﺛ
ﻘﻟﺍ ﻲﻠﻌﻟﺍ ﷲﺍ ﺮﻜﺷﺃ ﺀﺪﺑ ﻱﺫ ﺉﺩﺎﺑ ﻱﺭﺍﻮﺸﻣ ﻲﻓ ﻱﺎﻳﺇ ﻪﻘﻴﻓﻮﺗ ﻰﻠﻋ ﺮﻳﺪ ﻪﻟﺄﺳﺃﻭ ﻲﺳﺍﺭﺪﻟﺍ ﻦﻣ ﻲﻧﺪﻳﺰﻳ ﻥﺃ ﻼﻋ ﻭ ﻞﺟ ﺎﻴﻧﺪﻟﺍ ﻲﻓ ﻲﻠﻋ ﻪﻤﻌﻧ ﻢﺘﻳ ﻥﺃﻭ ﻪﻠﺼﻓ ﺓﺮﺧﻵﺍﻭ.
ﻲﻓ ﻰﻠﻏﻷﺍ ﻡﻷﺍ ﻰﻟﺇﻭ ﻲﻟﺎﻐﻟﺍ ﺪﻟﺍﻮﻟﺍ ﺡﻭﺭ ﻰﻟﺇ ﻊﺿﺍﻮﺘﻤﻟﺍ ﻞﻤﻌﻟﺍ ﺍﺪﻫ ﻱﺪﻫﺃ
ﺭﺎﺒﺠﻟﺍ ﺪﺒﻋ ﺝﺎﺤﻟﺍ ﺥﻷﺍ ﻰﻟﺇﻭ ﺩﻮﺟﻮﻟﺍ ,ﻪﻤﺳﺎﺑ ﻞﻛ ﺕﺍﻮﺧﻷﺍﻭ ﺓﻮﺧﻹﺍ ﻊﻴﻤﺟ ﻰﻟﺇﻭ.
ﻮﻟﻭ ﻲﻨﻤﻠﻋ ﻦﻣ ﻞﻛ ﻰﻟﺇﻭ ﻪﻳﺪﻳ ﻰﻠﻋ ﺕﺬﻤﻠﺘﺗ ﻦﻣ ﻞﻛ ﻰﻟﺇ ﻪﻳﺪﻫﺃ ﺎﻤﻛ ﺎﻓﺮﺣ ,ﻗﺪﺻﺃ ﻊﻴﻤﺟ ﻰﻟﺇﻭﻲﻠﻋ ﺮﻛﺬﻟﺎﺑ ﺺﺧﺃﻭ ﻲﺋﺎ ,ﺪﻴﺠﻣ ,ﻝﺎﻣﺃ ,ﻒﺳﻮﻳ ,ﻦﻴﺴﺣ , ﻚﻟﺎﻤﻟﺍ ﺪﺒﻋ ,ﻥﺎﻤﺜﻋ , ﺪﻤﺣﺃ … ﻲﻨﻌﺠﺷﻭ ﻪﺋﺎﻋﺪﺑ ﻲﻨﻧﺎﻋﺃ ﻦﻣ ﻞﻛ ﻰﻟﺇ ﻪﻳﺪﻫﺃﻭ ﻲﺳﺍﺭﺪﻟﺍ ﻱﺭﺍﻮﺸﻣ ﻝﻼﺧ.
ﺔﻌﻤﺴﻟﺍ ﻦﻣ ﺏﺭ ﺎﻳ ﻪﻘﻧﻭ ﻢﻳﺮﻜﻟﺍ ﻚﻬﺟﻮﻟ ﺎﺼﻟﺎﺧ ﻞﻤﻌﻟﺍ ﺍﺪﻫ ﻞﻌﺟﺍ ﻢﻬﻠﻟﺍ
ﻙﺎﻘﻟﺃ ﻡﻮﻳ ﻲﻔﺋﺎﺤﺻ ﻲﻓ ﻲﻟ ﺍﺮﺧﺫ ﻪﻠﻌﺟﺍﻭ ﺀﺎﻳﺮﻟﺍﻭ .

4
Nomenclatures :
G est le changement d’énergie libre (J/mol).
F est la constante de faraday (96,487 C/Kmol).
S est le changement d’entropie (J/mol).
R est la constante universelle du gaz (8,314 J/K.mol).
P
H2
sont respectivement les pressions partielles d’hydrogène et
d’oxygène (atm).
T indique la température de fonctionnement de la pile (K).
r
W
Travail mécanique réversible fourni (J).
H
∆
Enthalpie de réaction (-
H
∆
à Chaleur de réaction à pression cte)
(J).
21
,TT
Températures absolues entre lesquelles fonctionne la machine. (K)
T
ref
est la température de référence (K)
ST
∆
Représente la chaleur isotherme réversible échangée avec le milieu
extérieur.
e
W
Travail électrique fourni (J)
F Constante de faraday (96500 C)
n
Nombre d’électrons échangés s dans les réactions électrochimique.
th
E
fem de la pile à l’équilibre (c'est-à-dire à intensité de courant
nulle) (V)
PCI Pouvoir Calorifique Inférieur de l’hydrogène PCI=242kJ/mol.
2 H
F
Débit molaire d’hydrogène consommé par la pile (mol/s)
stack
U
Tension aux bornes du stack (V)
pac
I
Courant de la pile (A)
aux
P
Puissance des auxiliaires (Compresseur, Pompe, Ventilateur…)
(W)
P
pile
Puissance électrique brute du stack (W)
N
0
Nombre de cellules de l’empilement
V
Fc
Tension par cellule (V)
J Densité de courant (A/m
2
)
A Surface active des cellules (m
2
)
2
H
q
Le débit molaire de l’hydrogène entrant, il est en (Kmol/s)
2
O
q
Le débit molaire de l’oxygène entrant, il est en (Kmol/s)
2
H
P
La pression partielle de l’hydrogène, elle est en (atm)
2
O
P
La pression partielle de l’oxygène, elle est en (atm)
2
H
K
Constant molaire du modèle de l’hydrogène, il est en (Kmol/atm.s)
2
O
K
Constant molaire du modèle de l’oxygène, il est en (Kmol/atm.s)
N Numéro des cellules élémentaires de la pile
I Le courant de pile, il est en (A)
F Le constant de Faraday, il est en (C/Kmol)
T La température, elle est en (K)
2
H
τ
Le constant de temps de l’hydrogène, il est en (s)
τ
O2
Le constant de temps de l’oxygène, il est en (s)
V
cell
La tension de sortie de la pile (continue), elle est en (V)
V
an
est le volume de l'anode

5
n
H
2
est le nombre d'atome d'hydrogène dans le canal de l'anode
R est la constante universelle des gaz ((l.atm)/ (Kmol.K))
T est la température absolue (K)
L
aa
L’inductance propre d’une phase statoriques
L
AA
L’inductance propre d’une phase rotoriques
L
ab
L’inductance mutuelle entre deux phases statoriques
L
AB
L’inductance mutuelle entre deux phases rotoriques
(
)
θ
aA
L
L’inductance mutuelle entre une phase statoriques et une phase
rotorique
J moment d’induire de la partie tournante
Ω vitesse mécanique de rotation (angulaire)
f
c
coefficient de frottement visqueux
C
r
couple résistant
P nombre de paires de pôle
[L
s
], [L
r
] matrices d’inductances statoriques et rotoriques
[L
m
] matrices des inductances mutuelles stator rotor
Liste des tableaux :
Paramètres Valeurs Paramètres Valeurs
T 343K ζ
1
-0.948
A 333 cm
2
ζ
2
0.00286+0.0002.lnA+(4.3.10
-5
)lnC
H2
L 178 µm ζ
3
7.6.10
-5
p
H2
1 atm ζ
4
-1.93.10
-4
p
O2
1atm Ψ 23
B 0.016 V J
max
1500 mA/cm
2
N
0
340 J
n
1.2 mA/cm
2
R
c
0.0003 Ω N
0
340
Puissance nominale 1.5kW
Tension nominale 220v
Rendement nominal 0.78
Facteur de puissance nominal 0.8
Vitesse nominale 1428 tr/min
Fréquence nominale 50Hz
Courant nominal 6.31A
Tableau (3.1) : constantes physiques [3,4].