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Abstract:
La situación energética actual y futura está condicionada por las limitadas
reservas de combustibles fósiles. Esta situación energética afecta especialmente al
sector transportes, ya que es el mayor consumidor de energía. Este hecho, junto con
la creciente La situación energética actual y futura está condicionada por las limitadas
reservas de combustibles fósiles. Esta situación energética afecta especialmente al
sector transportes, ya que es el mayor consumidor de energía. Este hecho, junto con
la creciente preocupación por el medioambiente, impulsa la investigación y
desarrollo de otras fuentes de energía.
En el sector transportes, el motor térmico propulsado por combustible puede ser
sustituido por sistemas electroquímicos como la pila de combustible, las baterías, o
ultracondensadores. El éxito en la implantación a gran escala de estos sistemas
depende de la superación de problemas que se presentan actualmente con el
almacenamiento y suministro del hidrógeno, el coste y la autonomía.
En esta Tesis de Master se aborda el modelado dinámico y simulación de la pila
de combustible de baja temperatura PEM y la batería de plomo ácido VRLA. El
modelado de ambos sistemas puede ser abordado desde diferentes puntos de vista,
como el fluido térmico, electroquímico, eléctrico, etc. debido al carácter
multidisplinar de estas tecnologías. En este trabajo se realiza un modelado eléctrico
basado en medidas experimentales. Los ensayos llevados a cabo son de interrupción
de corriente y de espectroscopia de la impedancia.
Además del modelado y simulación de la pila de combustible y batería, se
desarrolla una plataforma de ensayo de sistemas de energía. Esta plataforma de
ensayo es de simulación HIL (hardware in the loop). Esta metodología de simulación
es muy utilizada en el sector aerospacial y automovilístico para la prueba de unidades
de control o simulación de fallos, además de reducir el coste, simplificar la
instalación, y permitir mayor flexibilidad.
Es por ello, que se desarrolla una simulación HIL, en la que el sistema hardware
es la batería y los sistemas simulados son la pila de combustible y la dinámica
vehicular. Estos dos sistemas simulados interaccionan a través de señales de potencia
con la batería real ya que la simulación se realiza a través de otros equipos que
simulan el comportamiento de pila de combustible y dinámica vehicular.[+][-]
The current and future energetic situation is conditioned by the limited fossil fuel
reserves. This energetic situation affects specially the transportation sector, due to its
higher energy consumption. This fact, as well as the increasing environmental
conThe current and future energetic situation is conditioned by the limited fossil fuel
reserves. This energetic situation affects specially the transportation sector, due to its
higher energy consumption. This fact, as well as the increasing environmental
concern impulses the research and development of alternative energy sources.
In the transportation sector, the internal combustion engine propelled by fossil
fuel can be substituted by electrochemical systems, such as the fuel cell, batteries or
ultracapacitors. The success for carrying out the implementation at large scale
depends on the ability to solve current problems of hydrogen storage and supply, cost
and range.
In this Master Thesis, the dynamic model and simulation of a low temperature
fuel cell PEM and a lead acid battery VRLA is accomplished. The modelling of both
systems can be tackled from different points of view, such as fluid thermal,
electrochemical, electric, etc. due to the multi disciplinary nature of these
technologies. In this thesis, an electric model based on experimental work is
presented for both systems. The tests carried out are current interruption and
electrochemical impedance spectroscopy tests.
Apart from the modelling and simulation of fuel cell and battery, a test bench for
energy sources is developed. This test bench is a hardware in the loop (HIL)
simulation. This methodology is extensively used in the aero spatial and automotive
sectors to carry out test on electronic control units or fault simulations, reducing cost,
simplifying the installation required and allowing a greater flexibility.
Therefore, a HIL simulation is performed, taking the battery as the hardware
system and the fuel cell and vehicle dynamics as the simulated systems. This two
simulated systems interact through power signals with the real battery as the
simulation of these systems are done through other equipments which simulate the
behaviour of the fuel cell and the vehicle dynamics.[+][-]