Sistema y procedimiento de regulación de temperatura de una pila de combustible.

Sistema de regulación de temperatura de una pila de combustible (1) de cuya refrigeración se encarga unfluido caloportador que recorre la pila,

incluyendo dicho sistema de regulación de temperatura un primer medio decontrol (5a) para medir la temperatura (Tsm) del fluido caloportador y para controlar el caudal del fluido caloportadoren función de dicha medida de temperatura (Tsm) de dicho fluido caloportador, caracterizado porque incluye unsegundo medio de control (7a) para medir el caudal (Qm) del fluido caloportador y para controlar la temperatura deentrada (Tec) del fluido caloportador en función de una desviación de caudal entre el comando de caudal (Qc)generado por dicho primer medio de control (5a) y dicha medida correspondiente del caudal (Qm) de dicho fluidocaloportador, y un actuador de temperatura (13b) para regular la temperatura del fluido caloportador, conectado alsegundo medio de control para recibir el comando de temperatura de entrada (Tec), de modo que dicho comando detemperatura (Tec) generado por el segundo medio de control (7a) compensa dicha desviación de caudal.

Sistema y procedimiento de regulación de temperatura de una pila de combustible.

Antecedentes de la invención La invención concierne a la regulación de temperatura de un dispositivo de alimentación eléctrica. Más en particular, el campo de aplicación de la invención es el de las pilas, en particular de las pilas de combustible.

La regulación de temperatura de una pila de combustible tiene como objetivo compensar las perturbaciones térmicas de la pila y/o proseguir una evolución de consigna referida a temperatura de la pila. Con carácter general, la regulación de temperatura de la pila de combustible se realiza mediante un fluido caloportador que recorre un circuito de refrigeración.

En la figura 5 se muestra un esquema tradicional de regulación de temperatura de la pila de combustible. De acuerdo con este esquema, el encargado de la refrigeración de la pila 101 es un fluido caloportador que recorre la pila 101 a través de un circuito de refrigeración 109 que recorre unas placas bipolares de la pila, absorbiendo así las calorías desprendidas por la reacción de la pila 101. El fluido caloportador es alimentado mediante un foco frío 111 vinculado al circuito de refrigeración 109. Por otro lado, el circuito de refrigeración 109 está controlado por un lazo de control 105 dotado de un medio de control 105a que regula el caudal Qc del fluido caloportador en función de una medida de temperatura Tsm del fluido caloportador en la salida de la pila 101.

Sin embargo, este lazo de control 105 obedece únicamente a una necesidad de control automático de temperatura de la pila 101 y no obedece a problemas de seguridad que pueden surgir, por ejemplo, en caso de un fallo de la modulación del caudal de fluido caloportador o de otros modos de avería.

La solicitud de patente internacional WO2005/043661 A y la patente estadounidense US6186254 B1 daban a conocer sistemas de regulación de temperatura de pilas de combustible de cuya refrigeración se encarga un fluido caloportador que recorre la pila. La publicación de solicitud de patente japonesa JP2002184435 A daba a conocer además un procedimiento de regulación de temperatura de una pila de combustible de este tipo.

Objeto y sumario de la invención La invención propone al efecto un sistema de regulación de temperatura de una pila de combustible de cuya refrigeración se encarga un fluido caloportador que recorre la pila, incluyendo el sistema un primer medio de control para medir la temperatura del fluido caloportador y para controlar el caudal del fluido caloportador en función de dicha medida de temperatura de dicho fluido caloportador, y un segundo medio de control para medir el caudal de dicho fluido caloportador y para controlar la temperatura de entrada del fluido caloportador en función de una desviación de caudal entre el comando de caudal generado por dicho primer medio de control y dicha medida correspondiente del caudal de dicho fluido caloportador, y un actuador de temperatura para regular la temperatura del fluido caloportador, conectado al segundo medio de control para recibir el comando de temperatura de entrada, de modo que dicho comando de temperatura generado por el segundo medio de control compensa dicha desviación de caudal.

Así, en caso de un fallo de la alimentación de fluido de refrigeración, por ejemplo en caso de que las capacidades de refrigeración dejen de estar cubiertas por la corrección de caudal (falta de frigorías) , el comando de temperatura así generado permite mantener la pila a una temperatura aceptable y mantener entonces sus prestaciones y aumentar su vida útil.

El sistema incluye un medio de compensación térmica para determinar el valor del comando de la temperatura del fluido caloportador generado por dicho segundo medio de control comparando el comando de caudal generado por dicho primer medio de control y la correspondiente medida del caudal realizada por dicho segundo medio de control.

Así, el medio de compensación térmica permite compensar de manera simple y precisa cualquier desajuste de caudal del fluido caloportador.

De acuerdo con una peculiaridad de la presente invención, la medición de temperatura del fluido caloportador en función de la cual actúa el primer medio de control corresponde a la medida de temperatura de salida de la pila y la temperatura del fluido caloportador controlada por el segundo medio de control corresponde a la temperatura de entrada de la pila.

Esta forma de realización permite aumentar la precisión de la regulación térmica de la pila teniendo en cuenta varias variables (a saber, la temperatura de entrada, la temperatura de salida que refleja bien el intercambio térmico y el caudal) que pueden afectar a la potencia térmica intercambiada entre el fluido caloportador de refrigeración y la pila.

Ventajosamente, el sistema incluye un medio de corrección térmica para adaptar el comando de temperatura de entrada en función de una desviación entre una temperatura de entrada que interesa y la correspondiente medida de dicha temperatura de entrada.

Esto permite optimizar la vida útil y las prestaciones de la pila al compensar los errores de temperatura a la entrada de la pila. En concreto, esto permite cubrir las incertidumbres de la regulación térmica de un foco frío del fluido caloportador de refrigeración y compensar las pérdidas térmicas de una línea de alimentación del fluido caloportador.

De acuerdo con un ejemplo de la presente invención, el sistema de regulación incluye:

-un primer sensor de temperatura para medir dicha temperatura de salida del fluido caloportador en la salida de la pila,

-un primer medio de validación para validar dicha medida de temperatura de salida,

-un primer medio de comparación para comparar dicha medida validada de temperatura de salida con una temperatura de salida de consigna predeterminada con el fin de detectar una desviación eventual de temperatura de salida,

-un primer medio de corrección para determinar el comando de caudal del fluido caloportador generado por dicho primer medio de control en función de dicha desviación de temperatura de salida, y

-un primer medio de filtrado para filtrar dicho comando de caudal.

Ello permite regular el caudal del fluido de refrigeración protegiendo al propio tiempo el sistema de regulación y la pila contra un comando de caudal aberrante. El sistema incluye además:

-un sensor de caudal para medir el caudal del fluido caloportador,

-un segundo medio de validación para validar dicha medida del caudal,

-un segundo medio de comparación para comparar la medida de caudal validada del fluido de refrigeración con dicho comando de caudal generado por el primer medio de control con el fin de determinar dicha desviación de caudal,

-un segundo medio de filtrado para filtrar dicha desviación de caudal,

-un segundo medio de corrección para determinar la corrección de temperatura que ha de introducirse en una temperatura de entrada de consigna predeterminada,

-un tercer medio de filtrado para filtrar dicha corrección de temperatura de entrada, y

-un medio de suma para añadir dicha corrección de temperatura a la temperatura de entrada de consigna predeterminada con el fin de definir dicho comando de temperatura de entrada generado por el segundo medio de control.

Ello permite compensar un desajuste térmico causado por cualquier desviación de caudal actuando sobre la temperatura del fluido, protegiendo al propio tiempo el sistema de regulación y la pila contra un comando de temperatura aberrante.

El sistema incluye además:

-un segundo sensor de temperatura para medir la temperatura de entrada del fluido caloportador en la entrada de la pila,

-un tercer medio de validación para validar la medida de dicha temperatura de entrada,

-un tercer medio de comparación para comparar dicha medida validada de la temperatura de entrada con dicho comando de temperatura de entrada procedente del segundo medio de control con el fin de detectar una desviación eventual de temperatura de entrada,

-un tercer medio de corrección para adaptar el comando de temperatura de entrada en función de dicha desviación de temperatura de entrada, y

-un cuarto medio de filtrado para filtrar dicho comando de temperatura de entrada.

Ello permite compensar las pérdidas térmicas del fluido de refrigeración antes de su entrada en la pila, protegiendo al propio tiempo el sistema de regulación y la pila contra cualquier comando de temperatura erróneo.

Ventajosamente, dichos medios de corrección primero, segundo y tercero incluyen sendos integradores dotados de un medio de protección... [Seguir leyendo]

1. Sistema de regulación de temperatura de una pila de combustible (1) de cuya refrigeración se encarga un fluido caloportador que recorre la pila, incluyendo dicho sistema de regulación de temperatura un primer medio de control (5a) para medir la temperatura (Tsm) del fluido caloportador y para controlar el caudal del fluido caloportador en función de dicha medida de temperatura (Tsm) de dicho fluido caloportador, caracterizado porque incluye un segundo medio de control (7a) para medir el caudal (Qm) del fluido caloportador y para controlar la temperatura de entrada (Tec) del fluido caloportador en función de una desviación de caudal entre el comando de caudal (Qc) generado por dicho primer medio de control (5a) y dicha medida correspondiente del caudal (Qm) de dicho fluido caloportador, y un actuador de temperatura (13b) para regular la temperatura del fluido caloportador, conectado al segundo medio de control para recibir el comando de temperatura de entrada (Tec) , de modo que dicho comando de temperatura (Tec) generado por el segundo medio de control (7a) compensa dicha desviación de caudal.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye un medio de compensación térmica (7b) para determinar el valor del comando de la temperatura (Tec) del fluido caloportador generado por dicho segundo medio de control (7a) comparando el comando de caudal (Qc) generado por dicho primer medio de control (5a) y la correspondiente medida del caudal (Qm) realizada por dicho segundo medio de control (7a) .

3. Sistema según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el primer medio de control (5a) es apto para medir la temperatura del fluido caloportador a la salida (Tsm) de la pila de combustible (1) y para controlar el caudal del fluido caloportador en función de esa medida efectuada a la salida de dicha pila (1) y porque el segundo medio de control (7a) es apto para medir el caudal (Qm) del fluido caloportador y para controlar la temperatura del fluido caloportador en la entrada (Tec) de la pila de combustible (1) .

4. Sistema según la reivindicación 3, caracterizado porque incluye un medio de corrección térmica (15) para adaptar el comando de temperatura de entrada (Tec) en función de una desviación entre una temperatura de entrada que interesa y la correspondiente medida de dicha temperatura de entrada.

5. Sistema según la reivindicación 3, caracterizado porque incluye:

-un primer sensor de temperatura (17a) para medir dicha temperatura de salida (Tsm) del fluido caloportador en la salida de la pila (1) ,

-un primer medio de validación (19a) para validar dicha medida de temperatura de salida (Tsm) ,

-un primer medio de comparación (21a) para comparar dicha medida validada de temperatura de salida (Tsm) con una temperatura de salida de consigna (Tsr) predeterminada con el fin de detectar una desviación eventual de temperatura de salida,

-un primer medio de corrección (23a) para determinar el comando de caudal (Qc) del fluido caloportador generado por dicho primer medio de control (5a) en función de dicha desviación de temperatura de salida, y

-un primer medio de filtrado (25a) para filtrar dicho comando de caudal (Qc) .

6. Sistema según la reivindicación 5, caracterizado porque además incluye:

-un sensor de caudal (29) para medir el caudal (Qm) del fluido caloportador,

-un segundo medio de validación (19b) para validar dicha medida del caudal,

-un segundo medio de comparación (21b) para comparar la medida de caudal (Qm) validada del fluido de refrigeración con dicho comando de caudal (Qc) generado por el primer medio de control (5a) con el fin de determinar dicha desviación de caudal,

-un segundo medio de filtrado (25b) para filtrar dicha desviación de caudal,

-un segundo medio de corrección (23b) para determinar la corrección de temperatura que ha de introducirse en una temperatura de entrada de consigna (Ter) predeterminada,

-un tercer medio de filtrado (25c) para filtrar dicha corrección de temperatura de entrada, y

-un medio de suma (33) para añadir dicha corrección de temperatura a la temperatura de entrada de consigna (Ter) predeterminada con el fin de definir dicho comando de temperatura de entrada (Tec) generado por el segundo medio de control (7a) .

7. Sistema según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque además incluye:

-un segundo sensor de temperatura (17b) para medir la temperatura de entrada (Tem) del fluido caloportador en la entrada de la pila,

-un tercer medio de validación (19c) para validar la medida de dicha temperatura de entrada (Tem) ,

-un tercer medio de comparación (21c) para comparar dicha medida validada de la temperatura de entrada (Tem) con dicho comando de temperatura de entrada (Tec) procedente del segundo medio de control (7a) con el fin de detectar una desviación eventual de temperatura de entrada,

-un tercer medio de corrección (23c) para adaptar el comando de temperatura de entrada en función de dicha desviación de temperatura de entrada, y

-un cuarto medio de filtrado (25d) para filtrar dicho comando de temperatura de entrada.

8. Sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque dichos medios de corrección primero, segundo y tercero (23a, 23b, 23c) incluyen sendos integradores (31a, 31b, 31c) dotados de un medio de protección de tipo antiwindup.

9. Pila de combustible que incluye un sistema de regulación (3) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque incluye un circuito de refrigeración (9) que se encarga de la refrigeración de la pila (1) mediante el fluido caloportador, estando vinculado dicho circuito de refrigeración al sistema de regulación (3) para recibir del mismo los comandos de caudal y/o de temperatura.

10. Procedimiento de regulación de temperatura de una pila de combustible de cuya refrigeración se encarga un fluido caloportador que recorre la pila, que incluye las siguientes etapas:

-medir la temperatura del fluido caloportador, y

-controlar el caudal de dicho fluido caloportador en función de dicha medida de temperatura, caracterizado porque además incluye las siguientes etapas:

-medir el caudal del fluido caloportador,

-controlar la temperatura del fluido caloportador en función de una desviación entre la medida del caudal del fluido caloportador y el comando de caudal de dicho fluido caloportador para compensar un fallo de regulación térmica causado por dicha desviación de caudal.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque el comando del caudal del fluido caloportador se realiza en función de la medida de temperatura de salida Tsm de la pila y porque el comando de la temperatura del fluido caloportador corresponde al comando de la temperatura de entrada Te de la pila.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque incluye una etapa de corrección térmica para corregir el comando de temperatura de entrada Tec en función de una desviación entre una temperatura de entrada que interesa y la correspondiente medida de dicha temperatura de entrada.