DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN INTEGRAL DE UN BANCO DE SUPERCAPACITORES: DEL MODELADO A LA ESTIMACIÓN DEL ESTADO DE CARGA

FORNARO, PEDRO; BATTAIOTTO, PEDRO; PULESTON, PABLO FEDERICO; RIVA, DIEGO; MORÉ, JERÓNIMO JOSÉ; TALPONE, JUAN IGNACIO

La Plata

Jornada; Jornadas de Investigación y Transferencia, Facultad de Ingeniería; 2019

Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de La Plata

En este trabajo, enmarcado en la línea de investigación de módulos de almacenamiento de energía no convencionales (MANC), se presenta el diseño y la construcción de un banco de supercapacitores (SC), junto con un diseño preliminar de un sistema de observación para el estado de carga (SOC por sus siglas en inglés) utilizando un observador por modo deslizante acoplado con un estimador paramétrico.Hoy en día, numerosos estudios han demostrado la limitación práctica que poseen las energías renovables en cuanto al almacenamiento de energía. Esto último resalta la importancia de los MANC, en un marco de creciente utilización de sistemas híbridos tanto a pequeña como a gran escala, sobre todo debido a su capacidad de manejar grandes niveles de potencia. La versatilidad de los MANC, en particular de los SC y baterías de Ión-Litio, para funcionar como módulos de almacenamiento o buffers en un mismo sistema y su excelente performance en términos de eficiencia, vida útil y densidad de potencia, los convierte en elementos de sumo interés para la comunidad científica en el desarrollo de vehículos eléctricos y sistemas híbridos de energía renovables.Actualmente, los SC son un foco de interés debido principalmente a su capacidad de entregar y tomar grandes niveles de energía en pocos segundos. Como principal desventaja puede señalarse que estos dispositivos no son capaces de almacenar grandes niveles de energía y suele ser necesario utilizar los SC junto con otras fuentes de almacenamiento, tales como baterías de Ión-Litio, o celdas de combustible. Mas aún, para poder emplear SC en un sistema híbrido es necesario un agrupamiento en serie de supercapacitores. Estos arreglos son conocidos como ?Banco de SC? o ?Pila de SC?.Para conservar la vida útil de los SC de un banco, es necesario incorporar en estos arreglos un sistema de balanceo, que se encargue de mantener igualadas las tensiones de cada SC, asegurando que el banco se mantenga balanceado independientemente de la variabilidad de los parámetros internos de cada dispositivo.También pueden incorporarse técnicas de observación y estimación para el banco de SC, con el objetivo de extraer información de los parámetros internos del mismo, y así mejorar la eficiencia del sistema híbrido donde se utilice. Emplear técnicas de observación y estimación permite conocer SOC y predecir la vida útil del banco a través del estado de salud (SOH), obtenidos indirectamente mediante la estimación de las capacidades y resistencias de pérdidas de algún modelo eléctrico equivalente. Consecuentemente, adquieren gran relevancia el modelado y la identificación del banco de SC, para lograr una adecuada regulación y control al integrarlo en sistemas de mayor energía.Por último, para resguardar la seguridad del usuario/a suelen agregarse módulos externos de protección y seguridad, los cuales poseen la finalidad de aislar al banco de su alimentación, o descargarlo, cuando el mismo alcance condiciones límites de tensión, corriente, o temperatura.