ES2537613T3 - Procedimiento de gestión del funcionamiento de un sistema híbrido - Google Patents

Abstract

Procedimiento de gestión del funcionamiento de una alimentación en corriente continua híbrida, comprendiendo dicha alimentación una pila de combustible (2), una batería (6) y un convertidor CC/CC (4) que incluye una entrada y una salida, estando la entrada del convertidor (4) conectada a la salida de la pila de combustible y estando la salida conectada a una carga variable (8) en paralelo con la batería, estando la pila de combustible formada por una pluralidad de celdas electroquímicas adaptadas para producir electricidad a partir de un gas combustible y un gas oxidante, caracterizado porque dicho procedimiento comprende las siguientes operaciones: a) Proporcionar un flujo de gas combustible y un flujo de gas oxidante a cada una de las celdas electroquímicas; b) Definir una consigna representativa de la carga variable; c) Vigilar la presión de gas combustible y la presión de gas oxidante en la pila de combustible; d) Regular la presión (P) en la pila de combustible a un primer valor de referencia; e) Repartir la carga variable entre la pila de combustible (2) y la batería (6) en función de la consigna, haciendo variar la tensión de salida (Vcell) del convertidor CC/CC (4); f) Vigilar una tensión representativa de la tensión en los bornes de al menos una de las celdas electroquímicas de la pila de combustible; g) Vigilar la consigna; si la tensión representativa de la tensión en los bornes de al menos una de las celdas supera un primer valor crítico predeterminado y si la consigna indica una disminución de la carga variable: h) Interrumpir la operación (d) e interrumpir la operación (e); y i) Regular la tensión representativa de la tensión en los bornes de al menos una de las celdas a un segundo valor de referencia adaptando la impedancia de entrada del convertidor CC/CC; j) Repartir la carga variable entre la pila de combustible y la batería haciendo variar la presión.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

E11168535

22-05-2015

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de gestión del funcionamiento de un sistema híbrido

La presente invención se refiere a un procedimiento de gestión del funcionamiento de una alimentación de corriente continua híbrida, comprendiendo dicha alimentación una pila de combustible, una batería y un convertidor CC/CCCC/CC que incluye una entrada y una salida, estando la entrada del convertidor conectada a la salida de la pila de combustible y estando la salida conectada a una carga variable en paralelo con la batería, estando la pila de combustible formada por una pluralidad de celdas electroquímicas adecuadas para producir electricidad a partir de un gas combustible y un gas oxidante.

CONTEXTO TECNOLÓGICO

Se conocen ensamblajes de bloques electroquímicos conectados en serie (a menudo denominados pilas). Los bloques electroquímicos así ensamblados pueden estar constituidos, por ejemplo, por elementos de acumulador, o también por celdas de combustible. Una celda de combustible es un dispositivo electroquímico previsto para convertir la energía química directamente en energía eléctrica. Por ejemplo, un tipo de celda de combustible incluye un ánodo y un cátodo entre los que se dispone una membrana intercambiadora de protones, a menudo denominada membrana electrolítica polimérica. Este tipo de membrana permite dejar pasar únicamente los protones entre el ánodo y el cátodo de la celda de combustible. Al nivel del ánodo, el hidrógeno diatómico experimenta una reacción con objeto de producir iones H+ que van a atravesar la membrana electrolítica polimérica. Los electrones producidos por esta reacción se dirigen hacia el cátodo por un circuito externo a la celda de combustible, produciendo así una corriente eléctrica. Debido a que una única celda de combustible solo produce, en general, una pequeña tensión (alrededor de 1 voltio), se suelen ensamblar las celdas de combustible en serie para constituir pilas de celdas de combustible capaces de producir una tensión más elevada que es la suma de las tensiones de cada celda.

Estas pilas de combustible están habitualmente asociadas, en el caso de un uso en el sector del automóvil, a una batería con objeto de formar un sistema híbrido. Este sistema conecta en paralelo la pila de combustible y la batería, de manera que la pila de combustible y la batería alimentan simultáneamente o por separado el coche, a través de una sección común denominada bus. Esta hibridación permite asimismo a la pila de combustible recargar la batería. Un sistema híbrido se denomina “activo” cuando emplea un convertidor CC/CCCC/CC conectado a la salida de la pila de combustible, como se observa en la figura 1. Este convertidor CC/CC se utiliza para adaptar los niveles de tensión de la pila de combustible y de la batería, y para regular la potencia suministrada por la pila de combustible.

Ahora bien, esta regulación requiere la elaboración de una estrategia de control para repartir la potencia entre la pila de combustible y la batería en función de la demanda de potencia del motor eléctrico del coche y de las exigencias del sistema. Las exigencias del sistema que debe tener en cuenta la estrategia de control son las tensiones y las corrientes máximas de la pila de combustible y de la batería, las temperaturas límite que no se deben superar, el estado de carga de la batería, es decir, por ejemplo, que no se debe cargar la batería cuando ya está cargada al 100%, etc.

Una de las estrategias de control de dicho sistema híbrido consiste en regular el estado de carga de la batería alrededor de un valor nominal, sin alcanzar nunca el límite máximo o el límite mínimo de dicha batería. De este modo, la batería nunca necesita ser recargada desde el exterior, ya que su recarga está garantizada por la pila de combustible y, en su caso, por la recuperación de la energía cinética del vehículo cuando este último se encuentra en fase de frenado. Esto equivale a decir que la pila de combustible proporciona la potencia media consumida por el motor eléctrico del vehículo, mientras que la batería se utiliza como medio de tampón energético en carga o en descarga. Dicha estrategia se aplica regulando, por medio del convertidor CC/CC, la tensión del bus a un valor constante.

Un inconveniente de esta estrategia conocida es que no existe algo para impedir que la pila de combustible funcione en una zona de tensión denominada “en circuito abierto” u OCV (Open Circuit Voltage). Se entiende por zona de tensión “en circuito abierto” la zona de funcionamiento en la que la tensión por celda es superior a 0,85 – 0,9V/celda. Se sabe que semejante tensión reduce considerablemente la vida útil de la pila de combustible. Por lo tanto, no es deseable que la pila funcione en dicho modo.

Este modo de funcionamiento en zona denominada “en circuito abierto” puede producirse en el caso en que la pila es controlada únicamente con corriente a presión constante. Este procedimiento de control procede de la idea consistente en reducir la presión de funcionamiento de la pila de combustible a baja potencia para evitar la zona OCV. Sin embargo, hay que considerar que la dinámica de variación de la presión es mucho más lenta que la dinámica de variación de la corriente (del orden del segundo para la presión y del ms para la corriente). También cabe considerar que una disminución de la presión en la pila de combustible solo puede realizarse si se consume una corriente, y el valor de la corriente influye directamente en la velocidad de reducción de la presión. Por lo tanto,

2

imagen1

imagen2

imagen3

imagen4

imagen5

imagen6

Claims (1)

1. imagen1

   imagen2