Rapport de PFE

Année 2011/2012
Rapport du projet de fin d’étude
Optimisation d’une pile à hydrogène
Etudiants :
GHIBAUDO Loïc
LE NAOUR Pierre-Yves
Encadrant :
SCHELLMANNS Ambroise

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Remerciements
Nous tenons à remercier Monsieur Ambroise SCHELLMANNS, maître de conférence
et directeur du département et Energie de Polytech’Tours, pour sa proposition de sujet.
Nos remerciements s’adressent tout particulièrement à M. Adelphe CALDEIRA pour
ses implications, sa disponibilité et son écoute.
Nous remercions notamment M. Thierry VIELLA de nous s’avoir permis de réaliser
ce projet de fin d’étude.
Et pour finir, nous tenons à remercier les étudiants CPS Eco Marathon Shell pour leur
gentillesse et leur soutien dans ce projet.

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Sommaire
Sommaire
Glossaire ......................................................................................................................... 4
Introduction .................................................................................................................... 5
1) Contexte du PFE ................................................................................................... 6
2) La pile à combustible ........................................................................................... 7
1.1) Historique ...................................................................................................... 7
1.2) Principe de fonctionnement .......................................................................... 7
1.3) Les différents types de PAC ......................................................................... 8
1.4) La PAC à PEM .............................................................................................. 9
1.5) Les éléments périphériques de la PAC ....................................................... 12
3) Notre projet ........................................................................................................ 15
3.1) Montage et démontage ................................................................................ 15
3.2) Caractérisation de notre pile ....................................................................... 16
3.3) Contrôle de la température de la PAC ........................................................ 17
3.4) Dimensionnement du ventilateur et de la soufflante ................................... 20
3.5) Dimensionnement des alimentations pour la soufflante et le ventilateur ... 21
3.6) Programmation de la carte .......................................................................... 23
3.7)Réalisation de la carte ........................................................................................ 28
3.8) Test de la carte : .......................................................................................... 30
Conclusion .................................................................................................................... 32
Bibliographie ................................................................................................................ 33
ANNEXES ................................................................................................................... 34

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Glossaire
AFC : alcaline fuel cell, pile alcaline
AOP : amplificateur opérationnel
Electrolyte : zone permettant l’échange des protons
Electro-osmose : mouvement d’un fluide lorsqu’on applique un champ
électrique
GREMAN : groupe de recherche en matériaux microélectronique
acoustique et nanotechnologies
Ni : nickel
PAC : pile à combustible
PAFC : Phosphoric Acid Fuel Cell, pile à acide phosphorique
PEM : PAC à membrane polymère échangeuse de proton ou proton exchange
membrane fuel cell
Pt : platine
PWM : pulse width modulation ou modulation à largeur d’impulsion en français

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Introduction
Dans le cadre de notre dernière année d’étude en électronique et systèmes de l’énergie
électrique nous avons réalisé notre projet de fin d’étude sur l’optimisation d’une pile à
combustible. Ce projet est né en rapport avec le club Shell Eco Marathon de l’école Polytech
Tours.
Le Shell Eco Marathon est une compétition étudiante dont le but est de parcourir le
plus grand nombre de kilomètres avec le moins d’énergie possible. Il y a environ 200 équipes
chaque année en tenant compte de tous les types de propulsions.
La propulsion de notre prototype est réalisée grâce à une pile à combustible
fonctionnant à l’hydrogène. La PAC actuelle de la marque MESDEA fournit jusqu’à 500W
hors le prototype a besoin de seulement 200W pour fonctionner correctement. De plus, cette
PAC comme la plupart des PAC que l’on trouve dans le commerce à un rendement d’environ
60% seulement.
L’objectif de ce PFE est donc d’optimiser le fonctionnement de la PAC en supprimant
le module de commande d’origine ainsi quand optimisant les éléments périphériques de la
PAC.
Dans un premier temps nous allons voir le fonctionnement d’une pile à hydrogène et
les paramètres importants à gérer. Dans une seconde partie