Estrategias de control para sistemas híbridos de almacenamiento de energía orientados a aplicaciones móviles - Graselli, Valentín Mateo (2024)
Este proyecto se encuentra dentro del panorama energético global actual, marcado por la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y combatir el cambio climático considerando las proyecciones de aumento de la demanda energética. En Argentina, donde una parte importante de la energía proviene de combustibles fósiles, especialmente en la industria del transporte, es urgente la necesidad de soluciones sustentables. Por ejemplo, los vehículos eléctricos se han convertido en una alternativa prometedora, que presenta una alta eficiencia energética en comparación con los vehículos de combustión tradicionales. Sin embargo, los requisitos de energía de estos vehículos plantean un desafío debido a las diferentes demandas del consumo de energía sostenido y los picos repentinos. Estos requisitos de rendimiento plantean un obstáculo importante en los sistemas tradicionales de almacenamiento de energía, que a menudo se destacan en suplir un tipo de demanda pero no logran satisfacer el otro. Para abordar este problema de manera efectiva, los sistemas híbridos de almacenamiento de energía (HESS) ofrecen un enfoque prometedor, que combina las fortalezas de diferentes tecnologías de almacenamiento para satisfacer diversas demandas de energía de manera eficiente. Este proyecto se centra en un sistema híbrido que incorpora baterías de iones de litio (BL) y supercapacitores (SC). Al aprovechar la alta densidad de potencia de los SC y la alta densidad de energía de los BL, el sistema tiene como objetivo abordar tanto los requisitos de energía abruptos como la entrega sostenida de energía, contribuyendo a una mayor eficiencia y rendimiento en diversas aplicaciones, particularmente en el sector del transporte. Este sistema está diseñado para facilitar el intercambio de energía no sólo entre los bancos de SC y las baterías de iones de litio sino también con la carga, como un motor DC, logrando escenarios de alta eficiencia como, por ejemplo, el frenado regenerativo. Esto se logra mediante convertidores electrónicos de potencia bidireccionales. El objetivo es proponer una estrategia de control alternativa y compararla con la técnica de control lineal Proporcional-Integral (PI) convencional en términos de rendimiento, estabilidad, respuesta dinámica y robustez ante variaciones en el sistema y condiciones de operación. Esta estrategia de control, que incorpora programación de ganancia, considera las no linealidades inherentes de los convertidores. El sistema es controlado digitalmente por un sistema de micro-computo del tipo Field Programmable Gate Array (FPGA), que permite la implementación de los sistemas de control y adquisición de datos en tiempo real en una computadora. Además, se desarrolla una interfaz de usuario en Python que permite interactuar con la FPGA y monitorear las variables de interés del sistema en tiempo real, así como almacenar datos en archivos CSV. Esta interfaz permite la visualización, análisis y evaluación de las estrategias de control implementadas tanto online como offline. Finalmente, el sistema se valida experimentalmente con una carga electrónica programable, que simula las condiciones de funcionamiento de una fuerte variabilidad en los requisitos de energía como ocurre con un vehículo eléctrico.