Diseño, modelado, control e implementación de un sistema de generación basado en una pila de combustible

Autores/as

  • Carlos Andrés Ramos-Paja Universidad Nacional de Colombia
  • Andrés Julián Saavedra-Montes Universidad Nacional de Colombia
  • Roberto Giral Universidad Rovira i Virgili
  • Julián David Vega-Hincapié Universidad Nacional de Colombia
  • Ramón Armando Rios-Angel Universidad Nacional de Colombia

DOI:

https://doi.org/10.17533/udea.redin.13750

Palabras clave:

pila de combustible, convertidor de potencia DC/DC conmutado, condiciones de operación segura

Resumen

Este artículo propone expresiones analíticas para el diseño, modelado, control e implementación de un sistema de generación basado en una pila de combustible y una interfaz de electrónica de potencia. El sistema fue diseñado para garantizar condiciones seguras de operación de la pila de combustible. Las restricciones de protección del sistema fueron derivadas a partir del análisis de un modelo detallado de la pila de combustible. El artículo también propone expresiones analíticas para el diseño de un bus DC y su sistema de regulación, los cuales fueron diseñados para garantizar una desviación de voltaje dentro de los límites de desempeño definidos por la aplicación. Finalmente, las expresiones analíticas, procedimientos de diseño y estrategias de control fueron implementadas y validadas experimentalmente interactuando con el sistema “1.2 kW NEXA Power Module”, el cual es representativo del estado del arte en prototipos de generación basados en pilas de combustible.

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J. T. Pukrushpan, A. G. Stefanopoulou, P. Huei. “Control of fuel cell breathing”. Control Systems Magazine IEEE. Vol. 24. 2004. pp. 30-46. DOI: https://doi.org/10.1109/MCS.2004.1275430

J. T. Pukrushpan, A. G. Stefanopoulou, H. Peng. Control of fuel cell power systems: principles, modeling, analysis, and feedback design. Ed. Springer Verlag. London. 2004. pp. 1-61.

A. J. del Real, A. Arce, C. Bordons. “Development and experimental validation of a PEM fuel cell dynamic model”. Journal of Power Sources. Vol. 173. 2007. pp. 310-324. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.04.066

R. S. Gemmen. “Analysis for the effect of inverter ripple current on fuel cell operating condition”.

Journal of Fluids Engineering. Vol. 125. 2003. pp. 576-585. DOI: https://doi.org/10.1115/1.1567307

D. D. Marquezini, D. B. Ramos, R. Q. Machado, F. A. Farret. “Interaction between proton exchange membrane fuel cells and power converters for AC integration”. IET Renewable Power Generation. Vol. 2. 2008. pp. 151-161. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-rpg:20070057

C. A. Ramos, A. Romero, R. Giral, L. Martinez Salamero. “Maximum Power Point Tracking Strategyfor Fuel Cell Power Systems”. IEEE International Symposium on Industrial Electronics. 2007. pp. 2613- 2618. DOI: https://doi.org/10.1109/ISIE.2007.4375020

C. Bordons, A. Arce, A. J. del Real. “Constrained predictive control strategies for PEM fuel cells”. American Control Conference. 2006. pp. 2486-2491. DOI: https://doi.org/10.1109/ACC.2006.1656595

A. Vahidi, A. Stefanopoulou, P. Huei. “Current Management in a Hybrid Fuel Cell Power System: A Model-Predictive Control Approach”. IEEE Transactions on Control Systems Technology. Vol. 14. 2006. pp. 1047-1057. DOI: https://doi.org/10.1109/TCST.2006.880199

S. Kyung-Won, A. G. Stefanopoulou. “Performance Limitations of Air Flow Control in Power-Autonomous Fuel Cell Systems”. IEEE Transactions on Control Systems Technology. Vol. 15. 2007. pp. 465-473. DOI: https://doi.org/10.1109/TCST.2007.894640

C. Ramos Paja, R. Giral, L. Martinez Salamero, J. Romano, A. Romero, G. Spagnuolo. “A PEM Fuel Cell

Model Featuring Oxygen Excess Ratio Estimation and Power Electronics Interaction”. IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol. 57. 2010. pp. 1914-1924. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2026363

G. Wang, M. Lee, W. Chen, Y. Chen, M. Chien, M. Yu. “A Metal-Solution Field-Effect-Transistor Enhanced

Proton-Motive-Force Driving Photovoltaic”. IEEE Transactions on Nanotechnology. Vol. 2. 2011. pp. 191-196.

J. Moreno, M. E. Ortuzar, J. W. Dixon. “Energymanagement system for a hybrid electric vehicle, using ultracapacitors and neural networks”. IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol. 53. 2006. pp. 614-623. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2006.870880

M. Ortuzar, J. Moreno, J. Dixon. “Ultracapacitor- Based Auxiliary Energy System for an Electric Vehicle: Implementation and Evaluation”. IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol. 54. 2007. pp. 2147-2156. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2007.894713

Ballard Power Systems Inc. Ballard Nexa Power Module Users manual. Ballard Power Systems Inc.

Vancouver. 2006. pp. 90-100.

B. W. Williams. “Basic DC-to-DC Converters”. IEEE Transactions on Power Electronics. Vol. 23. 2008. pp. DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.911829

-401.

R. W. Erickson, D. Maksimovic. Fundamentals of power electronics. Ed. Kluwer Academic Pub. Boston (Ma). 2001. pp.107-126. DOI: https://doi.org/10.1007/0-306-48048-4_5

Quadtech Inc. Web page available at http://www. quadtech.com/. Accessed 5 July 2008.

R. Giral, L. Martinez Salamero, R. Leyva, J. Maixe. “Sliding-mode control of interleaved boost converters”. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications. Vol. 47. 2000. pp. 1330-1339. DOI: https://doi.org/10.1109/81.883328

M. Lopez, L. G. de Vicuna, M. Castilla, P. Gaya, O. Lopez. “Current distribution control design for paralleled DC/DC converters using sliding-mode control”. IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol. 51. 2004. pp. 419-428. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2004.825273

D. J. Perreault, J. G. Kassakian. “Distributed interleaving of paralleled power converters”. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications. Vol. 44. 1997. pp. 728-734. DOI: https://doi.org/10.1109/81.611269

Y. R. de Novaes, R. R. Zapelini, I. Barbi. “Design Considerations of a Long-Term Single-Phase Uninterruptible Power Supply Based on Fuel Cells”. IEEE 36th Power Electronics Specialists Conference. 2005. pp. 1628-1634.

C. Huang-Jen, Y. Chun-Jen, L. Yu-Kang. “A DC/ DC converter topology for renewable energy systems”. International journal of circuit theory and applications. Vol. 37. 2009. pp. 485-495. DOI: https://doi.org/10.1002/cta.475

M. Budaes, L. Goras, “Burst mode switching mechanism for an inductorless dc-dc converter”, International Semiconductor Conference. 2007. pp. 463-466. DOI: https://doi.org/10.1109/SMICND.2007.4519760

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Publicado

2012-11-29

Cómo citar

Ramos-Paja, C. A., Saavedra-Montes, A. J., Giral, R., Vega-Hincapié, J. D., & Rios-Angel, R. A. (2012). Diseño, modelado, control e implementación de un sistema de generación basado en una pila de combustible. Revista Facultad De Ingeniería Universidad De Antioquia, (59), 9–22. https://doi.org/10.17533/udea.redin.13750

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