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BOLETIN OBSERVACION TECNOLOGICA 53

en profundidad Fig. 2. Configuraciones de sistemas híbridos de potencia con pilas de combustible. (Fuente: propia). En vehículos no tripulados, los sistemas híbridos con pilas de combustible y baterías pueden disponerse en configuraciones con sistemas de control activos (configuración convencional con convertidores DC/DC que acondicionan la tensión de salida de cada dispositivo) o pasivos (con conexiones directas entre los componentes del sistema) 4. La figura 2 muestras ejemplos de ambas configuraciones, aplicadas a un UAV con baterías de ion litio, mostrando el esquema a) un sistema híbrido convencional y un sistema híbrido directo el esquema b). La elección de una configuración u otra dependerá de los requerimientos del vehículo en cuanto a potencia y energía, así como de las características del sistema de pila de combustible y baterías empleadas. La configuración pasiva, con conexión directa al bus de corriente continua que alimenta al motor eléctrico y posibilidad de recarga de baterías a partir de la pila de combustible, ofrece las ventajas de menores pérdidas, coste reducido y arquitectura simple; sin embargo, obliga a un cuidadoso diseño e integración de la pila de combustible y las baterías para garantizar un rango similar en tensión en la salida de la pila de combustible y baterías, así como unas condiciones de carga de las baterías. La configuración activa con convertidores permite trabajar con un mayor rango de operación en ambos dispositivos, ya que los convertidores DC/DC permiten adaptar cualquier variación a las condiciones del bus de corriente continua, a costa de una mayor complejidad y coste del sistema. En ambos casos, los sistemas de almacenamiento y suministro de energía deben alimentar no solo la propulsión eléctrica, sino también otros consumos eléctricos a bordo, asociados a sistemas auxiliares, sensores y sistemas de guiado y navegación, actuadores, etc. En el sistema de pila de combustible se incluye el stack; el balance de plata (BoP), formado por todos los subsistemas necesarios para el correcto funcionamiento y monitorización del stack; el sistema de almacenamiento y suministro de combustible a la pila de combustible, normalmente hidrógeno; y subsistema de almacenamiento y suministro de oxidante, habitualmente aire, aunque en determinadas aplicaciones como vehículos submarinos o vehículos aéreos que operan a gran altitud se requiere el uso de un sistema de almacenamiento o generación de oxígeno. Tanto el sistema de pila de combustible como el de baterías incorporan sensores y elementos de medida que permitan la monitorización de los principales parámetros operativos, a efectos de evaluar y optimizar sus condiciones de funcionamiento, y que éstas se realicen siempre de forma segura. Esto se garantiza mediante la implementación de un adecuado sistema de gestión del sistema de potencia, cuya capacidad de control sobre el mismo dependerá fundamentalmente de su configuración, activa o pasiva. Descripción del proyecto En este contexto, el proyecto “Improving efficiency and operational range in low-power unmanned vehicles through the use of hybrid fuel-cell power systems (IUFCV)” tiene como objeto la evaluación de la viabilidad técnica de sistemas híbridos de potencia, basados en baterías y pilas de combustible, en aplicaciones reales de vehículos no tripulados y plataformas robóticas, comparando las prestaciones de estos sistemas de potencia con los utilizados actualmente, basados exclusivamente en baterías, en términos de disponibilidad de energía y potencia, duración de las misiones y rango operativo, peso y volumen, fiabilidad y vida útil, etc. Entre los objetivos del proyecto se tiene alcanzar, para el sistema híbrido pila de combustible - baterías, e incluyendo el sistema de almacenamiento de hidrógeno, una energía específica superior a 180 Wh/kg, lo que supondría una mejora respecto a los sistemas de propulsión actuales basados exclusivamente en baterías, que, para la tecnología de ion litio o litio polímero (LiPo), alcanzan valores del orden de 130-150 Wh/ kg. Para ello se están diseñando y desarrollando sistemas de estas características, conforme a las especificaciones de dos plataformas no tripuladas existentes y operativas, una submarina y otra terrestre. Los nuevos sistemas de potencia se integrarán y evaluarán en estas plataformas, en condiciones reales de operación. En este proyecto participan el grupo de robótica del organismo de I+D australiano CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization), el Área de Energía del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) y el Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Universidad de Sevilla. El INTA es responsable del diseño, desarrollo e integración del sistema de potencia basado en pila de combustible, incluyendo el almacenamiento y suministro de reactivos a estos sistemas. La Universidad de Sevilla diseñará e implementará el sistema de monitorización, control y gestión de energía a bordo de las plataformas, en tanto que CSIRO es responsable del desarrollo de estas plataformas robóticas, basadas en dos prototipos existentes, de la integración final de todos los sistemas, incluyendo nuevos sensores y cargas útiles, y de la evaluación de los vehículos no tripulados en condiciones reales de operación, de acuerdo a misiones diseñadas conjuntamente con diversos usuarios finales interesados en la propuesta, como serían el Departamento de Agricultura y Pesca de Queensland (QDAF), el grupo de Biodiversidad y Ecología de Invertebrados Marinos de la Universidad de Sevilla (BEMI-US) y el Departamento NBQM del Área de Defensa Biológica del INTA. 16 Boletín de Observación Tecnológica en Defensa n.º 53. Primer trimestre 2017


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