Observador de alta ganancia con zona muerta ajustable para estimar la saturación de agua líquida en pilas de combustible tipo PEM

Abstract

[EN] In the area of PEM fuel cells, water management remains one of the most challenging issues affecting PEMFC efficiency and lifetime. Liquid water active control and supervision techniques are limited by the absence of online sensors that can estimate the liquid water saturation. For this reason, this work presents the design of a state observer to estimate the cathode catalyst layer's liquid water saturation of an open-cathode PEM fuel cell. The proposed observer is based on High-Gain techniques, and is modified with a dynamic dead-zone which reduces the observer's noise sensibility. The results have been validated through numerical simulation and experiments. It is shown that, in the absence of noise, the proposed observer presents a similar performance than its non dead-zone equivalent. Moreover, in the presence of noise, the dead-zone significantly reduces the estimation error induced by it.

[ES] En el campo de las pilas de combustible PEM, la gestión de agua líquida es una de las problemáticas más importantes que afectan a la eficiencia y vida útil del sistema. Las técnicas de control activo y supervisión del agua se ven limitadas por la ausencia de sensores que puedan medir la saturación de agua líquida en línea. Por eso, en este trabajo se presenta el diseño de un observador de estado para la estimación de la saturación de agua líquida en la capa catalizadora del cátodo de una pila de combustible PEM de cátodo abierto. El observador propuesto se basa en técnicas de alta ganancia. Además, se modifica con una función de zona muerta autoajustable con el fin de reducir su sensibilidad al ruido en la medida. Los resultados se han validado mediante simulación numérica y experimentación. Estos muestran que, en ausencia de ruido, el observador propuesto presenta unas prestaciones similares a las de su equivalente sin zona muerta. Además, en presencia de ruido, la zona muerta disminuye significativamente el error de estimación inducido por este.