Emulador de pila de combustible de hidrógeno basado en FPGA y convertidores

Abstract

El presente trabajo consiste en el estudio, diseño e implementación de un emulador de pila de combustible de hidrógeno. El objetivo del emulador es ser un reemplazo de las pilas de combustibles reales, para permitir realizar ensayos sin la exposición a costos altos ni riesgos. La plataforma utilizada para la implementación es una FPGA, la cual fue elegida por sus ventajas de alta velocidad de trabajo y robustez en la programación. La FPGA será la encargada de controlar un convertidor conmutado de potencia que dará las tensiones y corrientes correspondientes a una pila de combustible real. En los primeros capítulos de este trabajo se lleva a cabo una recopilación de información sobre la teoría de pilas de combustible, además se estudia la FPGA y los convertidores conmutados CC-CC. Luego se realiza una etapa de diseño de los bloques principales del emulador que van a ser implementados. Se presenta la etapa de implementación, donde se dan detalles de las tareas realizadas para llevarla a cabo. Finalmente se analizan los resultados experimentales obtenidos, corroborando el cumplimiento de los objetivos.

This work deals with the study, design and implementation of a hydrogen fuel cell emulator. The objective of the emulator is to be an alternative to the real fuel cells, allowing trials without costs and risks. The platform used for the implementations is an FPGA, which was chosen because of its high work speed and sturdiness at programming. The FPGA will control a switched power converter which will provide current and voltage corresponding to a real fuel cell. First, the theory of fuel cells is introduced, as well as a study of FPGA and CC-CC switched converters. Afterwards, a design of the emulator main blocks is developed and the implementation stage is presented. Finally the experimental results are analyzed, bearing out if the goals are achieved.