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Calibración y Validación de un Modelo de Tren Motriz Híbrido de Celdas de Combustible PEM para el Diseño de un Sistema de Gestión de Energía

Autores: Guo, Zihao; Grano, Elia; Mazzeo, Francesco; de Carvalho Pinheiro, Henrique; Carello, Massimiliana

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Calibración y Validación de un Modelo de Tren Motriz Híbrido de Celdas de Combustible PEM para el Diseño de un Sistema de Gestión de Energía


Categoría

Procesos industriales

Subcategoría

Diseño de procesos industriales

Palabras clave

Marco de simulación
Sistemas de energía híbridos
Celdas de Combustible de Membrana de Intercambio de Protones
Baterías
Estrategias de gestión de energía
Calibración

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 19

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Este documento presenta un marco de simulación calibrado y dinámicamente responsivo para sistemas de energía híbridos que integran celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) y baterías, dirigido a aplicaciones en vehículos comerciales ligeros (LCV). El objetivo es apoyar el diseño y la evaluación de estrategias de gestión de energía (EMS) bajo condiciones de operación realistas. Se utiliza un modelo de PEMFC disponible públicamente como punto de partida. Para mejorar su representatividad, se realiza una calibración utilizando datos experimentales de curvas de polarización, mejorando la precisión del modelo de voltaje de pila, y se ajusta el modelo del compresor de aire, crítico para mantener una operación estable de la celda de combustible, para reflejar las respuestas transitorias medidas, asegurando un comportamiento realista del sistema bajo demandas de carga variables. Cuantitativamente, los resultados de la calibración son sólidos: los valores R tanto de la curva de polarización de la celda de combustible como de la eficiencia general del sistema están alrededor de 0.99, lo que indica una excelente concordancia con los datos experimentales. El modelo calibrado se integra dentro de una simulación completa del tren motriz de un vehículo híbrido, incorporando dinámicas longitudinales y estrategias de control para la distribución de potencia entre la batería y las celdas de combustible. Las simulaciones realizadas bajo ciclos de conducción WLTP confirman la capacidad del modelo para replicar comportamientos clave de los sistemas híbridos de PEMFC-batería, particularmente en lo que respecta al flujo de energía dinámico y la respuesta del sistema. En conclusión, este trabajo proporciona un entorno de simulación confiable y de alta fidelidad basado en la calibración empírica de subsistemas clave, que es muy adecuado para el desarrollo y la evaluación de algoritmos avanzados de EMS.

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