Research Project

DICOPEM: Avances en el modelo y diseño de controladores para sistemas basados en pila de combustible PEM

Type

National Project

Start Date

01/10/2007

End Date

31/12/2010

Project Code

DPI2007-62966

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Staff

Project Description

El proyecto propuesto se centra en el modelado y el diseño de controladores para pilas PEM. En primer lugar se quiere obtener un modelo detallado de los fenómenos fuertemente no lineales internos a la pila a través del formalismo de Sistemas Hamiltonianos con puertos (PHS), enfoque que permitirá un tratamiento unificado a los fenómenos de diferente naturaleza que encontramos en la pila. Por las deficiencias detectadas en la literatura en el modelado del subsistema de humidificación de gases y de los fenómenos de difusión, estos aspectos serán tratados de manera especial.

El segundo gran objetivo del proyecto es la obtención de modelos reducidos que preserven la estructura PHS (para los efectos difusivos, se introducirán funciones de transferencia fraccionarias). Estos modelos, que se usarán para el diseño de controladores, deben integrar todos los subsistemas que componen un sistema de generación basado en pila PEM. En particular, se quiere integrar el reactor de reformado de hidrógeno con el resto del sistema.

Finalmente, el tercer objetivo del proyecto es la propuesta de controladores. Sacando provecho de la teoría PHS y los resultados en relación con el modelado del sistema, se quiere diseñar controladores no lineales robustos que den una operación segura, fiable, eficiente, que permita larga vida útil a las pilas y proporcione energía de calidad capaz de seguir las variaciones de la carga.

Project Publications

Journal Publications

  • S. Strahl, A.P. Husar and M. Serra. Development and experimental validation of a dynamic thermal and water distribution model of an open cathode proton exchange membrane fuel cell. Journal of Power Sources, 196(9): 4251-4263, 2011.

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  • A. Niknezhadi, M. Allué, C. Kunusch and C. Ocampo-Martínez. Design and implementation of LQR/LQG strategies for oxygen stoichiometry control in PEM fuel cells based systems. Journal of Power Sources, 196(9): 4277-4282, 2011.

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  • V. García, E. López, M. Serra, J. Llorca and J. Riera. Dynamic modeling and controllability analysis of an ethanol reformer for fuel cell application. International Journal of Hydrogen Energy, 35(18): 9768-9775, 2010.

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  • T. Escobet, D. Feroldi, S. De Lira, V. Puig, J. Quevedo, J. Riera and M. Serra. Model-based fault diagnosis in PEM fuel cell systems. Journal of Power Sources, 192(1): 216-223, 2009.

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  • V. García, E. López, M. Serra and J. Llorca. Dynamic modeling of a three-stage low-temperature ethanol reformer for fuel cell application. Journal of Power Sources, 192(1): 208-215, 2009.

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  • D. Feroldi, M. Serra and J. Riera. Design and analysis of fuel cell hybrid systems oriented to automotive applications. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 58(9): 4720-4729, 2009.

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  • C. Kunusch, P.F. Puleston, M.. Mayosky and J. Riera. Sliding mode strategy for PEM fuel cells stacks breathing control using a super-twisting algorithm. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 17(1): 167-174, 2009.

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  • J. Alonso, A.P. Husar, M. Serra and J. Riera. Numerical model for polymer electrolyte membrane fuel cells with experimental application and validation. Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering, 4(1): 55-67, 2009.

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  • C. Kunusch, A.P. Husar, P.F. Puleston, M.. Mayosky and J. Moré. Linear identification and model adjustment of a PEM fuel cell stack. International Journal of Hydrogen Energy, 33(13): 3581-3587, 2008.

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  • A.P. Husar, M. Serra and C. Kunusch. Description of gasket failure in a 7 cell PEMFC stack. Journal of Power Sources, 169(1): 85-91, 2007.

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  • M. Serra, A.P. Husar, D. Feroldi and J. Riera. Performance of diagonal control structures at different operating conditions for polymer electrolyte membrane fuel cells. Journal of Power Sources, 158(2): 1317-1323, 2006.

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Conference Publications

  • V. García, M. Serra, J. Llorca and J. Riera. Design of linear controllers applied to an ethanol steam reformer for PEM fuel cell applications, IX HYdrogen – POwer THeoretical and Engineering Solutions International Symposium, 2011, San José, Costa Rica.

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  • A. Niknezhadi, C. Kunusch and C. Ocampo-Martínez. Diseño de controladores LQR/LQG para su aplicación en sistemas de pilas de combustible tipo PEM, IV Congreso Nacional de Pilas de Combustible, 2010, Sevilla, Spain, pp. 1-4, APPICE.

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  • C. Kunusch, P.F. Puleston, M.. Mayosky and A. Dávila. Efficiency optimisation of an experimental PEM fuel cell system via super twisting control, 11th International Workshop on Variable Structure Systems, 2010, Mexico City, Mexico, pp. 319-324, IEEE.

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  • A.P. Husar, M. Allué, M. Cañada and J. Riera. Dynamic water management test station for open-cathode PEMFC systems, 2nd Iberian Symposium on Hydrogen, Fuel Cells and Advanced Batteries, 2009, Vila Real, Portugal, pp. 1000-1002, UTAD.

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  • C. Kunusch, P.F. Puleston, M.. Mayosky and M. Serra. Advances in HOSM control design and implementation for PEM fuel cell systems, 14th IFAC International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics, 2009, Miedzyzdroje, Polonia, pp. 1000-1007.

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  • C. Kunusch, P.F. Puleston, M.. Mayosky and A.P. Husar. Modelado dinámico y validación experimental de una pila de combustible PEM, XIII Congreso Latinoamericano de Control Automático, 2008, Mérida, Veneçuela, pp. 39-47, Universidad de los Andes.

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  • V. García, J. Llorca, M. Serra and J. Riera. Modeling of a three-stage low temperature ethanol steam reforming reactor for fuel cell applications, 2008 Fuel Cells Science & Technology: Scientific Advances in Fuel Cell Systems, 2008, Copenhaguen, Denmark, pp. 100-102, Elsevier.

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  • V. Puig, D. Feroldi, M. Serra, J. Quevedo and J. Riera. Fault-tolerant MPC control of PEM fuel cells, 17th IFAC World Congress, 2008, Seoul, South Corea, pp. 11112-11117, Elsevier.

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  • M. Primucci, L. Ferrer, M. Serra and J. Riera. Characterisation of fuel cell state using electrochemical impedance spectroscopy analysis, 1st Iberian Symposium on Hydrogen, Fuel Cells and Advanced Batteries, 2008, Bilbao, Spain, pp. 1-26, EHU.

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  • D. Feroldi, E.J. Roig Remon, M. Serra and J. Riera. Energy management strategies for fuel cell-hybrid vehicles, 1st Iberian Symposium on Hydrogen, Fuel Cells and Advanced Batteries, 2008, Bilbao, Spain, pp. 1-26, EHU.

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  • A.P. Husar, M. Serra and J. Riera. Experimental methodology for modeling water diffusion transport in a PEMFC stack with respect to membrane temperature and resistance, 2008 Fuel Cells Science & Technology: Scientific Advances in Fuel Cell Systems, 2008, Copenhaguen, Denmark, pp. 5-5, Elsevier.

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  • C. Kunusch, P.F. Puleston, M.. Mayosky, M. Serra and J. Riera. Tópicos de control automático para sistemas de celdas de combustible, II Jornadas Iberoamericanas de Pilas de Combustible e Hidrógeno, 2006, Buenos Aires, Argentina, pp. 01-08, CNEA.

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