Modelado y ajuste matemático de funciones de eficiencia para topologías híbridas FC

• Harrynson Ramírez-Murillo ^[1] ; Martha P. Camargo-Martínez ^[1] ; Fabián Salazar-Cáceres ^[1] ; Carlos A. Torres-Pinzón ^[2]
  1. [1] Universidad de La Salle (Colombia)
  2. [2] Universidad Santo Tomás (Colombia)
• Localización: Ingeniare: Revista Chilena de Ingeniería, ISSN-e 0718-3305, ISSN 0718-3291, Vol. 31, Nº. 1, 2023
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Modelling and mathematical fitting of efficiency functions for FC hybrid topologies
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• Resumen
  • español

    En este trabajo se presenta un modelo matemático de eficiencias para sistemas híbridos Fuel Cell (FC), considerando las topologías serie (SH), paralelo (PH) y serie-paralelo (SPH). En estos sistemas, se implementaron convertidores Buck-Boost modulares no inversores. Sus funciones de eficiencia dependen de sus puntos de operación, particularmente de sus corrientes de salida y modos de operación (Buck, Boost y Buck-Boost). Además, la eficiencia del Bus de DC se ha modelado y utilizado en cada sistema, el cual corresponde una función del ciclo de trabajo de carga con una frecuencia de 100 Hz. La potencia pico y la tensión nominal de este bus de CC corresponden a 1,5 kW y 48 V, respectivamente. Estos sistemas híbridos fueron implementados en SIMULINK / MATLAB®, considerando condiciones iniciales de tensión o de precarga en los capacitores para reducir el tiempo de cómputo. Los resultados analíticos y experimentales se validan mediante el coeficiente de eficiencia de Nash-Sutcliffe (NSE).

  • English

    In this work, a mathematical model of efficiencies for hybrid Fuel Cell (FC) systems is presented, considering the series (SH), parallel (PH), and serial-parallel (SPH) topologies. In these systems, were implemented modular non-inverting Buck-Boost converters. Their efficiency functions depend on their operating points, particularly their output currents and operation modes (Buck, Boost, and Buck-Boost). In addition, the DC Bus efficiency has been modeled and used in each system, corresponding to a function of the load duty cycle with a frequency of 100 Hz. This DCBus'speakpower and nominal voltage correspond to 1.5 kW and 48 V, respectively. These hybrid systems were implemented in SIMULINK/MATLAB®, considering the capacitors' initial voltage or pre-charge conditions to reduce the computation time. The analytical and experimental results are validated using the Nash-Sutcliffe Coefficient of Efficiency (NSE).