en profundidad Proyecto IUFCV: Incremento de la autonomía en vehículos no tripulados mediante el uso de sistemas híbridos de potencia con pila de combustible Autores: Eduardo López, Fernando Isorna, INTA; Miguel Ángel Ridao, Carlos Bordons, Universidad de Sevilla; Alberto Elfes, Emili Hernández, CSIRO. Palabras clave: vehículos no tripulados, pilas de combustible, sistemas híbridos de potencia, propulsión eléctrica. Metas Tecnológicas relacionadas: MT 3.1.5; MT 3.1.6; MT 3.4.3. Introducción Los sistemas no tripulados ofrecen numerosas posibilidades en aplicaciones industriales, científicas y de seguridad gracias a su capacidad de suministrar en tiempo real datos de alta calidad a menor coste que otras técnicas convencionales. Estos sistemas permiten incrementar notablemente la capacidad de administraciones públicas, cuerpos de defensa y seguridad, organizaciones de investigación, agencias de protección del medio ambiente, empresas privadas, etc., para ejecutar un amplio abanico de misiones proporcionando recursos de vigilancia y adquisición de datos, en ocasiones sobre grandes áreas y durante períodos prolongados, a bajo coste. Entre las diferentes tecnologías a tener en cuenta en el diseño, desarrollo y operación de plataformas no tripuladas, el almacenamiento de energía a bordo es una de las más relevantes, al condicionar en gran manera las prestaciones del vehículo 1. En determinadas misiones y aplicaciones, la propulsión eléctrica es la única opción disponible siendo necesario en este caso disponer de adecuados sistemas de almacenamiento de energía que proporcionen, entre otros requerimientos, elevada densidad de energía y potencia en masa y volumen, elevada vida útil (ciclos de carga y descarga) y condiciones seguras de operación. En la actualidad, la mayoría de los vehículos eléctricos no tripulados disponibles en el mercado utilizan baterías, fundamentalmente de plomo ácido o ion litio. Ambas son tecnologías fiables y maduras, pero sus prestaciones, incluso en el caso de ion litio, presentan limitaciones en peso y volumen, lo que afecta a la autonomía del vehículo y a la posible implementación de sensores, actuadores y otras cargas útiles con elevados consumos energéticos. Aunque las tecnologías de baterías están progresando rápidamente, la utilización de sistemas híbridos de almacenamiento de energía eléctrica, combinando dos o más métodos de almacenamiento de diferentes características, se presenta a día de hoy como una interesante opción en sistemas de potencia para vehículos no tripulados, mejorando notablemente las prestaciones globales del sistema, a la vez que ofrece una mayor seguridad en la operación, al disponer de sistemas redundantes para el suministro de energía a los sistemas vitales de la plataforma. Sistemas híbridos de potencia en vehículos no tripulados En aplicaciones móviles, los sistemas híbridos de potencia que combinan dos o más tecnologías para el almacenamiento y generación de energía han llegado a ser comerciales en automoción, combinando motores de combustión interna con motores eléctricos alimentados con baterías. En vehículos no tripulados con propulsión eléctrica, este concepto de hibridación es también aplicable, disponiéndose de un motor eléctrico alimentado con diferentes sistemas de almacenamiento o generación de energía eléctrica. En particular, la utilización conjunta de pilas de combustible con baterías y supercondensadores está tomando un creciente protagonismo en diferentes plataformas de vehículos no tripulados, tanto autónomos como pilotados de forma remota. Así, en los últimos años, se han desarrollado diferentes proyectos de demostración en diferentes ámbitos, existiendo prototipos de vehículos no tripulados terrestres (UGVs), aéreos (UAVs), submarinos (UUVs) y de superficie (USVs) que disponen de esta tecnología 2,3. Sus principales ventajas, respecto a los vehículos eléctricos basados exclusivamente en baterías, radican en que pueden alcanzar una mayor densidad de energía y potencia y, a la vez que ofrecen redundancia en dicho suministro de energía, reducen la posibilidad de fallo, mejoran la eficiencia en la utilización de la energía almacenada y ofrecen la posibilidad de usar diferentes combustibles para alimentar la pila de combustible (hidrógeno, metanol, LPG, etc.). Por el contrario, son sistemas más complejos de integrar y gestionar, siendo necesario un adecuado diseño del sistema de potencia y su sistema de control para garantizar su correcta operación. Habitualmente, la pila de combustible y las baterías se disponen en paralelo, con o sin convertidores DC/DC intermedios que acondicionen la energía generada en cada dispositivo. Una configuración típica de un sistema híbrido genérico, con baterías, supercondensadores y pila de combustible alimentada con hidrógeno, sería la mostrada en la figura 1. Fig. 1. Configuración típica de un sistema híbrido de potencia con pila de combustible. (Fuente: propia). Boletín de Observación Tecnológica en Defensa n.º 53. Primer trimestre 2017 15
BOLETIN OBSERVACION TECNOLOGICA 53
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