Diseño e implementación de un emulador de celda de combustible basado en un rectificador de frente activo

Abstract

Las pilas de combustible son prometedores dispositivos de conversión de energía que se utilizan en aplicaciones de generación estacionaria y de electromovilidad para enfrentar los problemas medioambientales de la actualidad. Sin embargo, esta tecnología aún está en continuo desarrollo para mejorar su eficiencia y reducir sus costos de fabricación, provocando que su uso en etapas de investigación para aplicaciones sea bastante limitado. De aquí surge la motivación de este trabajo, el cual busca de desarrollar un emulador de pilas de combustible que permita evaluar aplicaciones basadas en estos dispositivos sin la necesidad utilizarlos ni incurrir en gastos asociados a su operación. Particularmente, el objetivo de este trabajo consiste en diseñar e implementar un esquema de control para emular el comportamiento transitorio y estacionario de la tensión que producen las pilas de combustible. Para ello, propone un modelo que combina la información de curvas de polarización con la respuesta dinámica de un circuito eléctrico RL, dando como resultado un modelo fácilmente adaptable que se ajusta con gran precisión a pilas de combustible existentes. Para implementar el emulador de pilas, se utiliza un rectificador trifásico de frente activo (AFE) con una estrategia de control orientada con la tensión (VOC), la cual utiliza como referencia el modelo de pila desarrollado. Por su parte, la estrategia de control se programa y configura en el kit de desarrollo LAUNCHXL-F28379D de Texas Instruments, este se encargar de medir variables con sus módulos ADC, ejecutar los lazos de control y producir los patrones de conmutación para los semiconductores del rectificador. El emulador implementado permite representar de manera acotada, pero precisa de las características de estado estacionario de las pilas de combustible H-300, H-1000 y H 1000XP del fabricante Horizon Fuel Cell Technologies, mientras que las caracteristicas dinámicas de las respuestas siguen fielmente el diseño utilizado en el modelo.