Abstract : This thesis discusses the control of static converter interfaces between fuel cells and associated electrical loads.
After establishing the voltage-current characteristic of the fuel cells to justify the use of static converters, an
analysis is carried out on continuous-continuous conversion structures. Details are given on the basic boost
converter structure and the paralleled operation of several such converters. This last one is a satisfied solution for
high current/low voltage supply such as the fuel cells. Two cases are then considered to realise the inductances
of these converters. Firstly, when inductances are independent of each other. Secondly when inductances are
realised in the same magnetic core.
A hybrid current regulator is then proposed for the control of continuous-continuous converters when subject to
supply voltage fluctuations and of operating voltage range typical of a PEM fuel cell. The regulator operates at
fixed frequency and includes the properties of three control modes, sliding control mode for its robustness and
the turn-off and turn-on current mode controls allowing proper operation of the system for any value of the duty
cycle. Stability of the system using averaged models in low and high frequencies is presented. As the averaged
model cannot allow the study of the exact cycle described by the trajectory of the system, a mathematical model
based on the Floquet multipliers is derived. It allows highlighting the robustness of the regulator when the
inductance and the voltage supply of the converter vary in a large range.
Résumé : Cette thèse s'intéresse au contrôle des convertisseurs statiques d'interface entre une pile à combustible et sa charge
électrique.
Après avoir établi la caractéristique tension-courant des piles à combustible dont la forme justifie l'utilisation de
convertisseurs statiques, les structures à conversion continu-continu sont analysées en s'attardant sur la structure
élévatrice de base et sur la mise en parallèle de plusieurs d'entre elles. Cette dernière est une réponse satisfaisante
au caractère fort courant/basse tension des piles à combustible. Deux modes de réalisation des inductances du
convertisseur sont considérés. Pour le premier, les inductances sont indépendantes. Pour le deuxième, elles sont
réalisées sur le même circuit magnétique.
Un régulateur hybride de courant est ensuite proposé pour le contrôle du convertisseur continu-continu. Celui-ci
autorise une variation importante de la tension d'entrée comme c'est le cas en sortie d'une pile à combustible. Le
régulateur fonctionne à fréquence fixe et englobe les propriétés de trois modes de commande, la commande par
mode de glissement pour bénéficier de sa robustesse et les commandes de type commande à l'amorçage et au
blocage, afin de pouvoir assurer un fonctionnement correct du système, quelle que soit la valeur du rapport
cyclique. La stabilité du système au sens des valeurs moyennes basse et haute fréquences est considérée. Le
modèle moyen ne permettant pas d'étudier la nature exacte du cycle décrit par la trajectoire d'état du système, un
outil basé sur le calcul des multiplieurs de Floquet est élaboré. Il a permis de souligner la robustesse du régulateur
vis-à-vis de variations de l'inductance du convertisseur et de la tension d'alimentation de celui-ci.