Sistema de control para reducir el consumo de hidrógeno en celdas de combustible PEM considerando incertidumbres paramétricas

Abstract

Este artículo presenta un sistema de control para reducir el consumo de hidrogeno para una celda de combustible de Membrana de Intercambio Protónico, considerando incertidumbres paramétricas. El sistema de control incluye un modelo no lineal en el espacio de estado para la celda de combustible, un filtro de Kalman/estimador, un regulador óptimo cuadrático y algoritmo de seguimiento de puntos de máxima potencia (MPP). El objetivo de control es suministrar la potencia de carga demandada, evitando el agotamiento del oxígeno y minimizando el consumo de hidrógeno por medio de un algoritmo de Perturbación y Observación (P&O). El desempeño del sistema de control es evaluado ante incertidumbres paramétricas al simular escenarios de perdida de desempeño como producto del envejecimiento del compresor. De esta forma, dos escenarios fueron simulados: un primer escenario simula un error entre la ganancia (de lazo abierto) del compresor de la celda de combustible y la del modelo; y un segundo escenario, con un error entre la corriente de pérdidas y del compresor de la celda de combustible con respecto al modelo. Los resultados de simulación muestran que el filtro Kalman/estimador logra contrarrestar las incertidumbres producidas por los cambios paramétricos del sistema. Igualmente, el algoritmo MPP logra suministrar el voltaje del compresor adecuado sin necesidad de un perfil óptimo en condiciones ideales.

Synthesis of a proton exchange membrane from polyvinyl alcohol (PVA) modified with Va2O5 for fuel cells

“…In order to reduce the dependence on fossil fuels, alternatives have been developed that allow the generation of energy in a cleaner way, within this group are the fuel cells, which transform chemical energy into electrical energy and are classified as having consider the type of fuel, the electrolyte and the operating temperature [3]. Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are characterized by using hydrogen as a fuel [4] and utilizing a polymeric material as an electrolyte, these stand out for their high efficiency [5], the non-generation of polluting gases [6] and water as the only product in the process [7]. The PEMFCs consist basically of an anode, a cathode and an electrolyte as main components, where electricity, that is, the flow of electrons goes from the anode to the cathode following an external circuit [8].…”