JOURNAL OF HYDROCARBONS MINES AND ENVIRONMENTAL RESEARCH

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© Journal of Hydrocarbons Mines and Environmental Research, ISSN: 2107-6510, Volume 2, Issue 1, June 2011, 19-26 __________________________________________________________________________________________________

Static and dynamic proton exchange membrane fuel cell models

Mohamed Becherif 1,*, Aïcha Saadi 2, Daniel Hissel 3, Abdennacer Aboubou 2 and Mohamed Yacine Ayad 4


1 IEEE Member, FEMTO-ST/FCLab, UMR CNRS 6174, UTBM, rue Thierry Mieg, 90010 Belfort, France
2 MSE laboratory, Université de Biskra, BP 145, 07000 Biskra, Algeria
3 IEEE Senior Member, FEMTO-ST/FCLab, UMR CNRS 6174, UFC FCLab, 90010 Belfort, France
4 R&D Industrial Hybrid Vehicle Applications, 92250 La Garenne Colombes, France
*corresponding author: mohamed.becherif@utbm.fr (M. Becherif)

Received: 06 July 2011 - Accepted: 21 August 2011 - Available online: 22 August 2011

Abstract: In this paper, a brief review of different static and dynamic models that have been proposed for Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) is here concerned. Among the different models of PEMFC that have been reported in the literature, some of them focus on one particular FC stack, others take into account a part or all auxiliaries as compressor, humidifier, etc. While others take into account different phenomena as fluidic, chemical, thermic or only electric features. Each model is designed according to the modeling objectives (diagnosis, fault tolerance, parameter identification, predictive tool, automatic control, energy management, ...). Each model (author) states its simplification hypothesis according to its domain of use. For the use in automotive applications, a model should be enough dynamic to take into account important phenomena as transients. The aim of this paper is to propose an overview about few Fuel Cell static and dynamic models. One static and one dynamic model have been chosen among others and the simulation of these two models are presented and validated experimentally in the Fuel Cell Lab and in UTBM, France.
Keywords: Fuel cell, proton exchange membrane fuel cell, dynamic model, static model, electrical vehicle.

Modèles statiques et dynamiques de piles à combustible à membrane échangeuse de protons

Résumé: Cet article est une brève revue de différents modèles statiques et dynamiques qui ont été proposés pour les piles à combustible à membrane échangeuse de protons. Parmi ces modèles, certains se sont focalisés sur un modèle particulier de "stack", d’autres prennent en compte une partie ou la totalité des auxiliaires comme le compresseur, l’humidificateur, etc. Tandis que d’autres prennent en compte différents phénomènes fluidique, chimique, thermique ou seulement électrique. Chaque modèle est conçu en fonction des objectifs de la modélisation (diagnostic, tolérance aux fautes, identification des paramètres, outil de prévision, contrôle-commande, gestion de l'énergie, ...). Chaque modèle (auteur) énonce ses hypothèses simplificatrices en fonction de son domaine d'utilisation. Pour une utilisation dans le domaine de l’automobile, un modèle doit être suffisamment dynamique afin de prendre en compte des phénomènes importants tels que les transitoires. L'objectif de cet article est de proposer un aperçu sur quelques modèles statiques et dynamiques de piles. Un modèle statique et un dynamique ont été choisis parmi d'autres pour une étude détaillée. Les simulations de ces deux modèles sont présentées et validées expérimentalement au sein du laboratoire pile à combustible et de l'UTBM, en France.
Mots-clés: Pile à combustible, pile à membrane échangeuse de protons, modèle dynamique, modèle statique, véhicule électrique.