Estado Del Arte De Convertidores Dc-Dc Para Vehículos De Celda De Combustible

Estado del arte de convertidores DC-DC para Vehículos de Celda de Combustible




Resumen- En los últimos años, las celdas de combustible han ganado mayor interés como una fuente limpia de energía. Las celdas de combustible son fuentes intensivas de corriente, estas producen electricidad directamente desde el hidrogeno y oxigeno a bajo voltaje. En vehículos de celdas de combustible (FCV),el convertidor DC-DC principal entre la FC y el bus DC es la cuestión clave. Este convertidor puede ser diseñado y operado con una relación de voltaje alto, alta eficiencia y alta compacidad manteniendo un bajo costo. El propósito de este paper es presentar las diferentes tecnologías de convertidores DC-DC aislado y no aislados adecuados para FCV, sus ventajas y desventajas. Finalmente el paper daalgunas orientaciones para ayudar al diseñador a elegir entre las tipologías de conversión más adecuadas en términos de compacidad, eficiencia y costo.
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Introducción
Los sistemas de celdas de combustible son fuentes intensivas de corriente, de modo que sus voltajes de salida deben ser incrementados para aproximarse a unos pocos cientos de volts para ser adecuados para los sistemas depropulsión de vehículos. Esto es realizado por un convertidor DC-DC. En adición, en un sistema, de fuentes de energía que llegan a su máximo (PPS- peaking power sources), como baterías o súper capacitores son necesarios para la potencia europea o para recuperar energía durante las fases de ruptura. En este caso, un convertidor DC-DC bidireccional es necesario para manejar el PPS. Aunque hay muchascombinaciones de convertidores DC-DC, convertidores DC-DC bidireccionales y inversores DC-AC, estos pueden ser agrupados en tres categorías, como se muestra en la figura 1.
Los PPS pueden ser conectados en paralelo al capacitor bus DC a través de un convertidor bidireccional para maximizar la utilización de la celda de combustible y un mejor manejo de la potencia de las baterías. Sin embargo, el uso de unconvertidor DC-DC bidireccional lleva a un incremento del costo del sistema y todo, esto disminuye la eficiencia del sistema. Finalmente, dependiendo de las aplicaciones, una buena configuración de estos tres tipos puede ser elegida. El propósito de este paper es presentar las diferentes tipologías de convertidores DC-DC aislado y no aislados adecuados para FVC, sus ventajas y desventajas.Finalmente el paper da algunas recomendaciones para ayudar al diseñador a elegir entre las tipologías más adecuadas en términos de compacidad, eficiencia y costo.


Convertidores de potencia DC-DC
Los convertidores DC-DC son usados en muchas aplicaciones incluyendo suministro de potencias para computadores, equipamiento de oficina, equipamiento de telecomunicaciones, laptops y motores DC. Entérminos de conversión de potencia, los convertidores de potencia mencionados anteriormente juegan un rol importante en sistemas de potencia usando una celda de combustible. La entrada de estos convertidores son voltajes DC no regulados, la salida es un voltaje DC regulado teniendo una magnitud (y posiblemente polaridad) diferentes de la entrada de voltaje. Las características principales requeridas porestos convertidores son:

1) Alta eficiencia;
2) Alta densidad de potencia;
3) Tamaño pequeño y bajo peso;
4) Aislamiento eléctrico para prevenir fugas eléctricas y/o descargas eléctricas.
5) Baja interferencia electromagnética (EMI)
6) Riples de corriente reducidos para evitar daños de las celdas de combustible por ejemplo.
7) Costo bajo.
8) Si es posible, conmutación suave para reducirel volumen de los componentes pasivos asociados.
Muchas topologías de convertidores DC-DC son adecuados. Estos pueden aumentar o disminuir la magnitud del voltaje DC y/o invertir su polaridad. Estas tipologías están divididas dentro de dos categorías aisladas o no aisladas.

A. Convertidores DC-DC no aislados.

Las figura 2 muestra muchas tipologías no aisladas de convertidores DC-DC...