Optimización con Programación Dinámica de la Estrategia de Gestión de Energía para un Camión Híbrido de Celdas de Combustible de Uso Pesado Minimizando el Consumo de Hidrógeno y la Degradación

Lograr una movilidad sostenible requiere la implementación de tecnologías alternativas y libres de carbono, especialmente en el sector de vehículos de uso pesado donde la electrificación del tren motriz es un desafío debido a las altas cargas y largas distancias involucradas. En este contexto, la tecnología de celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) se considera una fuente de energía prometedora para vehículos eléctricos híbridos de uso pesado. A nivel de la celda de combustible, la degradación del ensamblaje de electrodos de membrana (MEA) y la gestión térmica del sistema siguen siendo dos áreas principales de investigación, que se pueden abordar no solo con el desarrollo de nuevos materiales, sino también con la implementación de estrategias de control óptimas. Trabajar bajo puntos de operación que conducen al envejecimiento del MEA y a la degradación del rendimiento puede reducir la vida útil de la celda de combustible con repercusiones en el costo total de propiedad del vehículo. Los trenes motrices de celdas de combustible típicos se hibridan en una configuración paralela con una batería, lo que requiere resolver un problema de control de gestión de energía para definir la distribución de potencia óptima entre las dos fuentes de energía. Para un diseño de tren motriz dado y dimensionamiento de los componentes, diferentes estrategias de control pueden impactar enormemente el rendimiento del sistema y su durabilidad. En este trabajo, se modela un camión híbrido eléctrico de celdas de combustible, y se utiliza la Programación Dinámica para encontrar la estrategia de control óptima para la operación de la celda de combustible que minimiza el consumo de hidrógeno. Al mismo tiempo, al limitar la tasa de variación de corriente y las desconexiones de la celda de combustible, el objetivo es reducir el envejecimiento de la celda de combustible, permitiendo la operación en condiciones de mínima degradación y mayores eficiencias. Las simulaciones fuera de línea de Programación Dinámica proporcionan una estrategia de control de referencia óptima para la celda de combustible, que puede aprovecharse para el desarrollo de controladores implementables en tiempo real. Los resultados de la simulación muestran que introducir limitaciones en la tasa de variación de corriente y las desconexiones de la celda de combustible afecta ligeramente el consumo de energía mientras reduce significativamente el envejecimiento y la degradación de la celda de combustible.