Emulador de pilas de combustible para su aplicación al vehículo eléctrico híbrido

El objetivo de este proyecto es diseñar un emulador de pilas de combustible tipo PEM basado en un convertidor electrónico de potencia y orientado al sector transporte, para su aplicación al desarrollo de vehículos eléctricos híbridos. Los emuladores de pilas de combustible son sistemas electrónicos que presentan un comportamiento muy similar al de una pila de combustible, pero que internamente funcionan de una manera completamente distinta. Este tipo de sistemas se utilizan para reproducir el comportamiento de una pila de combustible sin la necesidad de tener físicamente dicha pila. El emulador que se pretende desarrollar debe ser capaz de reproducir tanto las características estáticas como dinámicas de las pilas de combustible. El proyecto está orientado al sector transportes ya que es uno de los principales campos de aplicación de las pilas de combustible. En concreto, pretende utilizar en el desarrollo y la investigación de coches eléctricos híbridos, con el fin de conseguir medios de transporte más limpios y sostenibles. Actualmente existen dos retos a resolver relacionados con el desarrollo de coches completamente eléctricos, la autonomía y el tiempo de carga o repostaje. La utilización de pilas de combustible tipo PEM puede resolver ambos retos y salvar las limitaciones de los vehículos totalmente eléctricos. Los emuladores de pilas de combustible son necesarios cuando se pretende hacer ensayos de laboratorio ya que aportan algunas ventajas con respecto a utilizar pilas de combustible. Un emulador es un sistema más sencillo y compacto que una pila de combustible, no necesita una instalación especial y compleja y al no tener combustible es mucho más seguro, durante la fase de pruebas. Las pilas de combustible tipo PEM presenta dos características destacables desde el punto de vista de las pruebas: la deriva térmica y el envejecimiento. Al utilizar un emulador en lugar de una pila de combustible real estos dos inconvenientes se solventan, y se puede obtener repetitividad en los ensayos de laboratorio. El emulador de pilas de combustible tipo PEM se compone de un convertidor electrónico de potencia, gobernado a través de las funciones estáticas y dinámicas de la pila de combustible. Estas características del comportamiento de la pila de combustible tipo PEM han sido obtenidas por investigaciones previas desarrolladas y publicadas por el Grupo de Sistemas Electrónicos de Potencia (GSEP), como se indicará a lo largo de la memoria. A continuación, se describe la estructura del presente proyecto: En el capítulo dos se dan unas nociones generales sobre pilas de combustible centrándose especialmente en las pilas de combustible tipo PEM. A continuación, se explica la motivación del proyecto y el estado de la técnica, donde se exponen los proyectos que se consideran más relevantes sobre emuladores de pilas de combustible. El sistema del emulador de la pila de combustible tipo PEM desarrollado se explica en el capítulo tres, junto con el modelo de pila de combustible PEM que se ha utilizado. También se explica en este capítulo el funcionamiento de los convertidores electrónicos multifásicos y las topologías de electrónica de potencia que se han analizado en este proyecto. El capítulo cuarto se dedica a la descripción de tres topologías de convertidores electrónicos de potencia y al estudio de cuál de ellos es más óptimo para esta aplicación. Las topologías analizadas y diseñadas son las siguientes: Convertidor Reductor Convertidor Full Bridge Convertidor Dual Active Bridge El capítulo 5 está dedicado a la selección de los componentes magnéticos y semiconductores para la topología de potencia y número de fases elegido. El diseño de la etapa de control para la topología y número de fases elegido se explica en el capítulo 6. En el capítulo siete se aportan las conclusiones extraídas del estudio realizado y proponen trabajos futuros. El documento concluye con el capítulo octavo, donde se desarrolla un estudio económico del trabajo desarrollado en este proyecto.Ingeniería Industria