Control Difuso de un Tranvía Híbrido Propulsado por Pila de Combustible, Batería y Supercondensador

Pablo García

Spain

Universidad de Cádiz

Departamento de Ingeniería Eléctrica

Luis M. Fernández

Spain

Universidad de Cádiz

Departamento de Ingeniería Eléctrica

Juan P. Torreglosa

Spain

Universidad de Jaén

Departamento de Ingeniería Eléctrica

Francisco Jurado

Spain

Universidad de Jaén

Departamento de Ingeniería Eléctrica

Enviado: 09-02-2018

|

Aceptado: 09-02-2018

|
DOI: https://doi.org/10.1016/j.riai.2012.02.008
Datos de financiación

Descargas

Palabras clave:

Vehículos híbridos, sistema de gestión de energía, almacenamiento de energía, lógica difusa, convertidores

Agencias de apoyo:

Ministerio de Ciencia e Innovación de España

Resumen:

El presente artículo se centra en la descripción de un nuevo sistema de gestión de energía para un nuevo tranvía, en la ciudad de Zaragoza (España), propulsado mediante pila de combustible de hidrógeno, como fuente principal de energía, y batería de ión-litio y supercondensador, como fuentes secundarias y de almacenamiento de energía. En la nueva configuración para este tranvía, la batería apoya a la pila de combustible durante los arranques y absorbe la potencia disponible durante las desaceleraciones y frenadas. Por su parte, el supercondensador, al ser el elemento de respuesta dinámica más rápida, actúa principalmente durante los picos de potencia, en los que ni la pila ni la batería son capaces de trabajar. El nuevo sistema de control y de gestión de la energía está basado en lógica difusa, siendo éste el encargado de generar la potencia de referencia en la pila y la variación de la potencia a intercambiar por parte de la batería. En el caso del supercondensador, un control en cascada formado por dos lazos de control ha sido utilizado para poder mantener constante la tensión del bus de continua. Las simulaciones, realizadas todas ellas bajo la plataforma MATLAB-Simulink® y utilizando el ciclo de trabajo real del actual tranvía, muestran como el nuevo sistema de control y gestión de la energía es perfectamente válido para su aplicación en este sistema híbrido.
Ver más Ver menos

Citas:

Ballard fuel cell power. (2011). [En línea] http://www.ballard.com/files/pdf/Spec_Sheets/FCvelocityHD6_SPC5101744-0G.pdf.

Bauman J. and Kazerani M. (2008). A Comparative Study of Fuel-Cell– Battery, Fuel-Cell–Ultracapacitor, and Fuel-Cell–Battery– Ultracapacitor Vehicles, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 57, pp. 760-769.

Brinkman N., Wang M., Weber T. and Darlington T. (2005). Well-to-wheels analysis of advanced fuel/vehicle systemsda North American study of energy use, greenhouse gas emissions, and criteria pollutant emissions. General Motors and the Argonne National Laboratory.

CAF - Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles. (2011a). Urbos 3 [En línea].http://www.caf.es/ingles/productos/urbos3_descripcion.php?urbos _prod=c

CAF - Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles. (2011b). ACR System. [En línea] http://www.caf.es/ingles/id/sistema_acr.php

Corbo P., Corcione F. E., Migliardini F. and Veneri O. (2005). Experimental study of a fuel cell power train for road transport application. Journal of Power Sources,145, pp. 610-619.

Davis S.C., Diegel S.W. and Boundy R.G. (2007). Transportation energy data book: Edition 27. U.S. Department of Energy.

Edwards R., Larivé J.-F., Mahieu V. and Rouveirolles P. (2007). Welltowheels analysis of future automotive fuels and powertrains in the European context. Concawe/EUCAR/European Commission.

Ehsani M., Gao Y., Gay S.E. and Emadi A. (2005). Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles: Fundamentals, Theory, and Design (Power Electronics and Applications Series). CRC Press.

Emadi A., Lee Y. J. and Rajashekara K. (2009). Power electronics and motor drives in electric, hybrid electric, and plug-in hybrid electric vehicles. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 55, pp. 2237-2245.

Erdinc O., Vural B. and Uzunoglu M. A Wavelet-Fuzzy Logic Based Energy Management Strategy for a Fuel Cell/Battery/Ultra-capacitor Hybrid Vehicular Power System. Journal of Power System,194, pp. 369–380.

Erdinc O., Vural B., Uzunoglu M. and Ates Y. (2009). Modeling and analysis of an FC/UC hybrid vehicular power system using a wavelet-fuzzy logic based load sharing and control algorithm. International Journal of Hydrogen Energy, 34, pp. 5223-5233.

Fernandez L. M., Garcia P., Garcia C. A., Torreglosa J. P. and Jurado F. (2010). Comparison of control schemes for a fuel cell hybrid tramway integrating two dc/dc converters. International Journal of Hydrogen Energy, 35, pp. 5731-5744.

Gao D., Jin Z. and Lu Q. (2008). Energy management strategy based on fuzzy logic for a fuel cell hybrid bus. J. Power Sources, 185, pp. 311-317.

Garcia, P., Fernandez, L. M., Garcia, C. A. and Jurado F. (2010). Energy management system of fuel cell-battery hybrid tramway. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 57, pp. 4013-4023.

Garcia P., Fernandez L. M., Garcia C. A. and Jurado, F. (2010). Comparative study of PEM fuel cell models for integration in propulsion systems of urban public transport. Fuel cells, 10, pp. 1024-1039.

Hoogers G. (2003). Fuel cell technology handbook. CRC. Boca Ratón.

Kazimierczuk M. K. (2008). Pulse-width Modulated DC-DC Power Converters. Wiley and Sons.

Kromer M.A. and Heywood J.B. (2007). Electric powertrains: opportunities and challenges in the U.S. light-duty vehicle fleet. Sloan Automotive Laboratory Report, Massachusetts Institute of Technology.

Li C.-Y. and G.-P. Liu (2009). Optimal fuzzy power control and management of fuel cell/battery hybrid vehicles. J. Power Sources, 192, pp. 525-533.

Lisheng Shi and Crow M. L. (2008). Comparison of ultra capacitor electric circuit models. IEEE Power and Energy Society General Meeting - Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st, pp. 1-6.

Marie-Francoise J.-N., Gualous H. and Berthon A. (2006). Supercapacitor thermal and electrical behavior modeling using ANN. IEE ProceedingsElectric Power Applications, 153, pp. 255-261.

Maxwell Technologies. (2011). [En línea] http://www.maxwell.com/.

Nelms R.L. and Spyker R.M. (2000). Classical equivalent circuit parameters for a double-layer capacitor. IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, 36, pp. 829-836.

Padulles J., Ault G. W. and McDonald J. R. (2000). An integrated SOFC plant dynamic model for power systems simulation. Journal of Power Sources, 86, pp. 495-500.

Pukrushpan J. T., Stefanopoulou A. G. and Peng H. (2002). Control of Fuel Cell Power Systems: Principles, Modeling, Analysis, and Feedback Design. Springer Verlag. Londres.

Ruselowski G., Wallace J.P., Choudhury R., Wang M., Weber T. and Finizza A. (2001). Well-to-wheels energy use and greenhouse gas emissions of advanced fuel/vehicle systems. North American analysis. General Motors, the Argonne National Laboratory, BP, Exxon Mobil, and Shell.

Sandy Thomas C.E. (2009). Transportation options in a carbon-constrained world:Hybrids, plug-in hybrids, biofuels, fuel cell electric vehicles, and battery electric vehicles. International Journal of Hydrogen Energy, 34, pp. 9279-9296.

Sikha G., White R.E. and Popov B.N. (2005). A Mathematical Model for a Lithium-Ion Battery/Electrochemical Capacitor Hybrid System. Journal of the Electrochemical Society,152, pp. 1682-1693.

The MathWorks, Inc.SimPowerSystems (2011). [En línea]. http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/toolbox/physmod/po wersys/index.html?/access/helpdesk/help/toolbox/physmod/powersys/& http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/helpdesk.html.

Weidner V. and Srinivasan J.W. (1999). Mathematical modeling of electrochemical capacitors. Journal of the Electrochemical Society, 146, pp. 1650-1658.

Winston Battery Limited. (2011). [En línea] http://www.thunder-sky.com/.

Zubieta L. and Boner R. (2000). Characterization of double-layer capacitors for power electronics applications. IEEE Trans. on Industry Applications,36, pp. 199-205.

Ver más Ver menos