Non-linear state space model and control strategy for pem fuel cell systems

• Published in: Dyna (Medellín, Colombia) Vol. 78; no. 166; pp. 60 - 67
• Main Authors: Espinosa Oviedo, Jairo J, Ríos Patiño, Richard, Ramos Paja, Carlos Andres
• Format: Journal Article
• Language: English; Spanish
• Published: Universidad Nacional de Colombia 2011
• Subjects: based model; Celdas de Combustible de Membrana de Intercambio Protónico; Control en el espacio de estado; Exceso de razón de oxigeno; Filtro de Kalman; Kalman filter; Modelamiento fenomenológico; Modelo en el espacio de estado; oxygen excess ratio; PEM; PEM fuel cells; phenomena; state space control; state space model
• ISSN: 0012-7353

This paper presents a non linear state space model and a linear control system for a Polymer Electrolyte Membrane fuel cell. The dynamics modeled are the temperature of the stack and the air fl ow compressor, and their main feature is the reproduction of the oxygen excess ratio behavior. The linear control system is a linear quadratic state feedback regulator and a Kalman fi lter, where the control objective is to avoid oxygen starvation and to minimize fuel consumption, through the tracking of an optimal load power profi le. The Kalman fi lter is designed in order to obtain information from some non-measurable states
Este artículo presenta un modelo no lineal en el espacio de estado y un sistema de control lineal para una celda de combustible de Membrana de Intercambio Protónico. El modelo tiene como dinámicas la temperatura de la pila y el flujo de aire, y su principal rasgo es la reproducción del comportamiento de la razón de exceso de oxigeno. El sistema de control lineal es un regulador optimo cuadrático y un filtro de Kalman, cuyo objetivo de control es evitar el agotamiento de oxigeno y minimizar el consumo de combustible, a través del seguimiento de un perfil optimo de potencia de carga. El observador es diseñado con el fi n de obtener una completa información de los estados.