Monitoring System for the Online Estimation of the Internal Parameters of a Microbial Fuel Cell Operated Intermittently

Cette étude décrit l'opération des Piles à Combustible Microbiennes (PCMs) avec la connexion intermittente de la résistance externe (mode R-PWM). L'étude est composée de 2 sections : la première décrit l'opération de la PCM à basses et hautes fréquences, avec différents taux de connexion/déconnexion de la résistance externe. La deuxième partie rejoint le mode de fonctionnement RPWM à la solution analytique d'un Modèle de Circuit Équivalent (MCE), afin de développer une procédure de supervision en ligne. Cette stratégie rend le suivi périodique des paramètres internes de la PCM possible. Quant à la première partie du projet, l'analyse des profils de tension acquis démontrent la présence de composants dynamiques lents et rapides. Ceux-ci peuvent être décrits par un modèle de circuit équivalent simple, qui est d'ailleurs approprié pour des applications comme la commande de procédés. Aux fréquences d'exploitation plus élevées que 100 Hz, une amélioration considérable de la performance des PCMs est observée, avec une augmentation du 22 % au 43 % de la puissance de sortie, en comparaison avec l'opération de la PCM avec sa résistance externe continuellement connectée. Basé sur les dynamique identifiées pour la PCM à basse et haute fréquence, la solution analytique pour le modèle de circuit équivalent est ensuite utilisée comme base pour développer une stratégie de supervision en ligne. L'algorithme permet le calcul en ligne des paramètres internes de la PCM. Pour valider l'exactitude des valeurs estimées, les profils de tension électrique à bas et haute fréquence sont générés et statistiquement comparés aux profils réels de tension de la PCM. Quand les 2 profils sont comparés, des erreurs quadratiques moyenne de 5.26e-4 sont obtenues pour les profils de basse fréquence. À haute fréquence, l'erreur est 9.69e-6. Par ailleurs, les estimations en ligne des paramètres internes sont comparées à des paramètres calculés hors ligne. Les évolutions observées sont en effet semblables, même si les valeurs diffèrent. La stratégie de supervision en ligne a été testée sous 2 conditions d'opération différentes : d'abord, une PCM a été utilisé dans pour étudier l'évolution des paramètres en réponse aux changements de la charge organique. De plus, une deuxième PCM a été construite pour faire le suivi périodique de l'évolution des paramètres internes dans le temps, du démarrage de la PCM à sa maturité.