Controllo “intelligente” per le pile a combustibile

Le celle a combustibile convertono l’energia chimica immagazzinata nei combustibili a idrogeno in energia elettrica che può essere utilizzata in impianti di alimentazione fissi e portatili. L’idrogeno può essere prodotto attraverso l’elettrolisi dell’acqua utilizzando energia rinnovabile.

Non sorprendentemente, la pila a combustibile a elettrolita polimerico si presenta come una delle fonti energetiche alternative più pulite. Tuttavia, affinché l’uso di questo sistema diventi realmente competitivo è necessario affrontare e risolvere diverse questioni tecniche. Il progetto ACOFC (Advanced controllers and observers development for fuel cell based generation systems), finanziato dall’UE, è volto a sviluppare una soluzione di controllo affidabile per risolvere i disturbi che influiscono sul funzionamento di questo sistema.

Per loro natura, le pile a combustibile PEM sono sensibili alle variazioni delle condizioni di funzionamento, come ad esempio all’umidità relativa dei gas reagenti e alle loro temperature. Il team ACOFC dato dimostrazione dell’applicazione di controlli sliding mode di ordine superiore per il controllo delle pile a combustibile PEM. Questo approccio prevede la mappatura della matrice di influenza di ingresso nel sistema in una matrice di sistema invertibile.

Tra i vantaggi confermati dalle prove di laboratorio condotte presso l’Institut de Robòticai Informàtica Industrial adi Barcellona, in Spagna, spicca il controllo dell’umidità. Inoltre, il controllo stechiometrico sull’ossigeno deve essere in grado di ottimizzare l’efficienza di conversione del sistema, evitando un possibile calo delle prestazioni e danni alle membrane polimeriche.

I dati sperimentali raccolti in un’ampia gamma di condizioni operative coincidevano in buona parte con quelli derivanti dalle simulazioni. Inoltre, sono state proposte diverse soluzioni per gli schemi di misura per sistemi basati su pile a combustibile. Anche questo tema risulta importante per le applicazioni industriali, in cui è necessario ridurre al minimo la strumentazione.

I dettagli del sistema di controllo utilizzato nel progetto, basato su algoritmi sliding mode di ordine superiore, sono descritti in una serie di articoli pubblicati sulle principali riviste scientifiche e presentati a diverse conferenze internazionali.