Modelado de una pila de combustible del tipo PEM para el uso en la automoción.

Abstract

El presente Trabajo de Fin de Grado presenta el estudio de una pila de combustible del tipo PEM para uso en la automoción, específicamente de vehículos pesados. Para ello se ha utilizado un modelo matemático implementado en SimScape Electrical, el cual permite la simulación eléctrica de una pila de combustible en diferentes condiciones de operación. Como contribución, se ha dotado al modelo la capacidad de simulación térmica, con el objetivo de calcular el calor producido por la PEMFC en su rango de operación bajo una serie de parámetros y condiciones. El modelo desarrollado de una PEMFC de aplicación en transporte pesado ha sido verificado y validado en todo su rango de operación. Los resultados concuerdan con estudios realizados sobre la misma y los datos de este tipo de pilas de combustible expuestos en la literatura. A través de la simulación térmica se ha logrado determinar el calor producido por la pila en su rango de operación, el cual fue utilizado para el cálculo del área superficial necesaria del intercambiador de calor (radiador) necesario para el sistema de refrigeración de la PEMFC. Esta área fue comparada con el caso de que se tuviera que refrigerar un MCIA, afirmando que el área superficial del intercambiador de calor de estos últimos es inferior a el área superficial de las PEMFC. Comprobando que el sistema de refrigeración de una PEMFC es más complejo que el de un MCIA en vehículos pesados.

This Undergraduate Thesis presents the study of a PEM fuel cell used in automotive applications, specifically on heavy duty transport. A mathematical model included in SimScape Electrical was used, which allows the electrical simulation of a fuel cell through a range of parameters and conditions. As a contribution, a thermal simulation module was implemented on the model, that allows the calculation of the heat produced by the PEMFC in different operating conditions. The model developed of a PEMFC used for heavy duty transport applications was verified and validated on all its operating range. Obtaining matching results with studies done on the simulated fuel cell and representative data of PEM fuel cells. Through the thermal simulation the heat produced in the fuel cell was determined, which then was used for the calculus of the surface area of the necessary heat exchanger (radiator) for the cooling system of the PEMFC. A comparison of this surface area and the surface area needed for an ICE was done, proving the need for more surface area on a PEMFC system than an ICE one, making the cooling system of the former one more complex than of the later one on heavy duty vehicles.