Control automático avanzado para la optimización de pilas de combustible basadas en hidrógeno

Abstract

El Grupo de Estrategias de Control y Electrónica de Potencia (GECEP) del Instituto LEICI tiene entre sus principales objetivos el desarrollo de sistemas de control automático y electrónica asociada, para optimizar la efi ciencia de sistemas basados en fuentes de energía no contaminantes y módulos de almacenamiento no convencionales. En especial, desde 2006, una de las líneas centrales de trabajo se enfocó en sistemas híbridos de energía basados en pilas de combustible o Fuel Cells (FC), tanto en aplicaciones estacionarias como en vehículos eléctricos. El interés en las FCs alimentadas con Hidrógeno se debe a que las mismas han demostrado ser una tecnología en evolución de gran potencial, debido a su alta efi ciencia, confi abilidad, y energía limpia. Sin embargo, la inherente complejidad de estos dispositivos exige de sistemas de control capaces de garantizar la estabilidad y un alto desempeño frente a las demandas y perturbaciones propias de su operación. En este sentido, se requiere de técnicas de control avanzadas, no triviales, demostrando que el Control por Modos Deslizantes o Sliding Mode (SM) es una potente herramienta para el diseño de controladores robustos para sistemas de generación que involucran FCs. Es así que en el presente capítulo se aborda el diseño, análisis, y validación experimental de un nuevo sistema de control para FCs combinadas con Super Capacitores. El módulo de potencia bajo estudio es primeramente analizado en detalle, obteniendo modelos matemáticos para la representación de su comportamiento dinámico. Posteriormente, el controlador propuesto para el módulo FC es diseñado a partir de un algoritmo de control por SM tipo Super-Twisting. Por último, el sistema de control desarrollado es validado exhaustivamente mediante simulación y experimentalmente, considerando una pila de combustible de 1.2kW.