Sistema de pila de combustible PEM de baja potencia en configuración híbrida con baterías para aplicación a un vehículo: sistema de control electrónico

Sanz Remírez, Cristina (2016). Sistema de pila de combustible PEM de baja potencia en configuración híbrida con baterías para aplicación a un vehículo: sistema de control electrónico. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Sistema de pila de combustible PEM de baja potencia en configuración híbrida con baterías para aplicación a un vehículo: sistema de control electrónico
Author/s:
  • Sanz Remírez, Cristina
Contributor/s:
  • Moreno González, Felix
  • Aledo Ortega, David
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: July 2016
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Cada vez existen más alternativas a la obtención de energía mediante combustibles fósiles. Una de las más investigadas hoy en día es la oxidación del hidrógeno. Al generar emisiones de agua en vez de dióxido de carbono o hidrocarburos, es una alternativa más limpia. Pese a ello, no hay que olvidar que el hidrógeno se trata de un "vector energético" y no de una fuente de energía, puesto que hay que utilizar energía para producirlo. La pila de combustible con hidrógeno está siendo cada vez más investigada debido a la mejora en la relación potencia-volumen y a su mayor autonomía con respecto a las baterías eléctricas. Asimismo, suponen una gran ventaja en los automóviles eléctricos ya que solo necesitan rellenar el combustible en vez de permanecer enchufados a la red. Intentando cubrir una demanda cada vez más importante, nació este proyecto encabezado por la empresa Española pilas de hidrógeno (EPHISA). En asociación al Instituto de Investigación del automóvil (INSIA) y al Centro de electrónica Industrial de la UPM (CEI), se trabaja en la creación de un prototipo de sistema con pila de hidrógeno de baja potencia. El sistema se compone principalmente de una pila tipo PEM ("Proton Exchange Membrane"), una batería y un conjunto de inversor más motor además del balance de planta. El propósito del siguiente trabajo es, por lo tanto, el diseño del sistema de control electrónico de la pila de combustible. Este sistema ajusta el suministro de potencia de la pila según la necesidad. El control es realizado a través de un convertidor modelizado como ideal en las simulaciones y controlado por corriente de entrada. La entrada principal es la potencia requerida por el vehículo a la pila, y la salida la potencia suministrada. El INSIA realizó unos ensayos con un carrito de golf a lo largo de dos rutas diferentes. Teniendo en cuenta los resultados medidos, como la intensidad que circula por la batería, se calculó la potencia consumida por el motor. Con ello se obtuvo que la potencia media requerida para la pila de combustible era de 500W. Aun así, el perfil de consumo obtenido fue muy irregular, con picos de hasta 4kW de potencia. En un primer momento el objetivo fue que la batería suministrara potencia cuando se sobrepasara la capacidad de la pila, como por ejemplo en los picos de potencia. De este modo se controlaba que la intensidad de la batería tendiera a cero. Puesto que la pila no suministra la potencia suficiente la mayoría del tiempo de los ensayos, y en cambio sí que es capaz de suministrar energía, se optó por cambiar el modelo de control. Éste tiene como propósito que la pila de combustible sirva de apoyo a la batería aumentando su autonomía. El control escogido fue el más sencillo posible controlando la potencia suministrada por la pila de combustible en función del estado de carga de la batería. Cuando este disminuye del 85% de la carga de la batería en sus condiciones nominales. Por otro lado, cuando el estado de la carga supera el 95% la pila se apaga para ahorrar combustible. El mayor problema encontrado a lo largo de este trabajo ha sido la forma de estimar al estado de carga. No se trata de una variable que se pueda medir y los métodos utilizados hoy en día para calcularla son variados. Se seleccionó entre todos ellos el método “coulomb counting” el cual lo estima a partir de la intensidad en la batería y su capacidad total (Q). En conclusión el control parece sencillo, fácil de implementar y resulta adecuado ya que la pila de combustible ha demostrado ser capaz de aumentar la autonomía de la batería. Pero por el momento solo han sido realizadas las simulaciones. Es por ello, que se deberá continuar con la comprobación de los resultados experimentales. Asimismo el proyecto planea aumentar las estrategias de control vigilando presiones y temperaturas de la pila, entre otras variables.

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Item ID: 43113
DC Identifier: http://oa.upm.es/43113/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:43113
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 23 Sep 2016 10:54
Last Modified: 07 Dec 2016 16:22
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