Resumen

El tema de este trabajo es un proceso de construcción de un modelo matemático de celda de combustible real, basado en la aproximación mixta logarítmica y polinómica, centrado en las características de la carga tridimensional. La entrada del modelo es el valor de la resistencia de la carga y la temperatura (variables independientes), mientras que la salida es el valor del voltaje. Las coordenadas del punto de operación se determinan analíticamente, utilizando la doble aproximación (tanto transversal como longitudinal). El modelo tridimensional resultante se implementa entonces en los entornos del sistema MATLAB (código fuente de texto) y Simulink (modelo de bloques). El núcleo del modelo es un sistema de funciones de aproximación logarítmica óptima. A continuación se presentan el principio matemático del método y un ejemplo numérico. La idea principal del trabajo es ofrecer un modelo preciso de célula de combustible para experimentos informáticos más extensos y verificar los métodos de aproximación originales presentados.

1. Introducción

Las células de combustible pertenecen a las principales fuentes alternativas de energía eléctrica.  Aunque todavía están en la etapa de investigación de materiales, sus aplicaciones prácticas se producen con una tasa creciente [1 - 3]. El número de modelos publicados es relativamente alto [4 - 10].  El tema de este artículo es la pila de combustible Horizonte H-30, que es en el Departamento de Ingeniería Eléctrica uno de los tipos utilizados para fines de investigación y educación [11, 12]. La Fig. 1 muestra la característica de carga medida en 3-D V = f(R, T), donde V es el voltaje, R es la resistencia de carga y T es la temperatura.

La red de características medidas se creó en un laboratorio especial utilizando un sistema de medición automático con la cámara térmica Vötsch VC³ 7034 y el programa VEE Pro 9.3 [12], ver Fig. 3.

Una variable independiente puede ser la corriente eléctrica a la carga o el valor de la resistencia de la carga, que es más práctico para las mediciones dadas.

La Fig. 2 muestra un esquema de bloques simplificado de la estación de medición automatizada. La Fig. 3 muestra la cámara térmica y un detalle de la pila de combustible Horizon H-30 medida, con los accesorios (potencia de salida 30 W, tensión de funcionamiento (7,0 ÷ 12,6) V, corriente de funcionamiento 4 A). Toda la estación de medición es única y capaz de medir con exactitud la temperatura de varios dispositivos del tamaño indicado. La medición real es bastante complicada en el sentido de la tecnología, principalmente debido al equipo químico (hidrógeno) y las operaciones con la temperatura.

Las coordenadas del punto de operación en la Fig. 1 están dadas por la expresión OP [R₀, T₀, V₀] donde R₀, T₀ a V₀ son valores particulares de la resistencia de carga, temperatura y voltaje. El objetivo principal de este artículo es describir e implementar un algoritmo que nos permita hacer un cálculo analítico de las coordenadas del punto de operación en cualquier lugar de los intervalos dados.

• Materias:Toma de decisiones - Modelos matemáticos Pilas de combustible Electroquímica Electricidad
• Subjects:Decision-making - Mathematical models Fuel cell Electrochemistry Electricity
• Palabras claves:Pila de combustible, aproximación logarítmica y polinómica, MATLAB® y Simulink®.
• Keywords:Fuel cell, logarithmic and polynomial approximation, MATLAB® & Simulink®.