PN 19 11 02 02

Obiective

Obiectivul general al proiectului este implementarea unei soluții inovatoare de diagnosticare și control în timp real a sistemelor PEM-FC ce rulează „on board” pe un autovehicul, împreună cu o nouă strategie, dedicată, de management energetic. Scopul este creșterea duratei de viață și scăderea consumului de combustibil. Această soluție este capabilă să determine starea curentă a PEM-FC și să identifice care sunt motivele de apariție a unor posibile defecte.

Proiectul vine în continuarea rezultatelor unui proiect anterior, în cursul căruia a fost realizat și validat pana la TRL-4 un autovehicul ușor – demonstrator de mobilitate hibridizat cu un sistem PEM-FC. Cercetările prevăzute a se desfășura in acest proiect vor conduce la evoluția autovehiculului ușor pana la nivelul TRL-7, de demonstrare a funcționalității prototipului în condiții reale/relevante de funcționare. De asemenea, în proiect vor fi dezvoltate alte două sisteme de la stadiul conceptual, TRL-2, până la validarea acestora în condiții de laborator, TRL-7. Primul se referă la un sistem inovativ pentru monitorizarea și diagnosticarea în timp real a ansamblului PEM-FC pe un automobil, iar cel de-al doilea, la un sistem de egalizare a tensiunilor și de conversie a puterii ansamblului PEM-FC instalat la bordul autovehiculului.

Responsabil proiect: Drd. Ing. Raceanu Mircea

Obiectivele specifice ale proiectului sunt:

1. Testarea și caracterizarea electrochimică a ansamblului PEM-FC în condiții de funcționare extreme pe o stație de testare. Realizarea unei baze de date cu toate spectrele EIS și parametrii de funcționare;
2. Proiectarea unui sistem electronic de monitorizare și diagnosticare în timp real a ansamblului PEM-FC (SMD-FC);
3. Realizarea și implementarea SMD-FC;
4. Proiectarea unui sistem inteligent de egalizare a tensiunilor și de conversie a puterii ansamblului PEM-FC (SIEC-FC);
5. Realizarea și implementarea SIEC-FC;
6. Dezvoltare de algoritmi pentru identificarea spectrelor EIS si luarea deciziilor de înlăturarea a defectelor apărute în ansamblul PEM-FC;
7. Integrarea SMD-FC și a SIEC-FC la nivelul autovehiculului;
8. Managementul energetic al fluxului de putere pe magistrala de curent continuu a autovehiculului;
9. Realizarea interfeței grafice de control și monitorizare la bordul autovehiculului;
10. Teste preliminare ale funcționalității ansamblului PEM-FC la nivelul autovehiculului, pentru cicluri de funcționare Start/Stop;
11. Teste preliminare ale funcționalității ansamblului PEM-FC la nivelul autovehiculului, pentru cicluri de funcționare EUDC/NEDC;
12. Validare experimentala prin teste rutiere ale soluțiilor/tehnologiilor implementate pe autovehicul;
13. Demonstrarea funcționalității prototipului autovehiculului în condiții reale de funcționare.
14. Diseminarea rezultatelor obținute prin publicarea de articole în reviste internaționale de prestigiu (cotate ISI);
15. Elaborarea de cereri de brevet de invenție;
16. Diseminarea rezultatelor obținute prin participări cu lucrări științifice la manifestări științifice interne și internaționale.

Faze

Proiectul urmează a se derula pe durata a 4 ani și este structurat in 11 etape, fiecare cu obiective specifice, după cum urmează:

FAZA 1 – Caracterizarea electrochimică și testarea ansamblului PEM-FC în diferite condiții de funcționare și sarcină variabilă. Crearea unei baze de date cu spectrele de impedanță EIS si parametrii de funcționare.

Termen de predare: 15 iunie 2019

Activitățile fazei nr.1 sunt următoarele: 

A 1.1. Specificații tehnice și proceduri de testare EIS;
A 1.2. Caracterizarea electrochimică a PEM-FC;
A 1.3. Testarea ansamblului PEM-FC;
A 1.4. Scalarea rezultatelor;
A 1.5. Realizare unei baze de date cu toate spectrele EIS și parametrii de funcționare;

FAZA 2 – Analiza și proiectarea unui Sistem electronic pentru Monitorizarea și Diagnosticarea în timp real a ansamblului PEM-FC (SMD-FC) la bordul autovehiculului Hy-DeMo.

Termen de predare: 14 august 2019

Activitățile fazei nr.2 sunt următoarele: 

A 2.1. Analiza componentelor;
A 2.2. Proiectare generator de frecventa;
A 2.3. Proiectare logica de control;
A 2.4. Proiectare electronica de putere;

FAZA 3 – Realizarea și implementarea hardware/software a SMD-FC. (Timp de implementare 6 luni)

Termen de predare: 10 decembrie 2019

Activitățile fazei nr.3 sunt următoarele: 

A 3.1. Procesarea semnalelor in frecventa;
A 3.2. Realizarea hardware a SMD-FC;
A 3.3. Simularea funcțiilor de transfer;
A 3.4. Implementarea software a SMD-FC;
A 3.5. Validarea experimentala a SMD-FC in laborator;

FAZA 4 – Analiza și proiectarea unui Sistem Inteligent de Egalizare a tensiunilor și Conversie a puterii ansamblului PEM-FC (SIEC-FC) conectat prin conexiune CAN 2.0 la sistemul de control al autovehiculului Hy-DeMo.

Termen de predare: 15 mai 2020

Activitățile fazei nr.4 sunt următoarele: 

A 4.1. Analiza componentelor;
A 4.2. Proiectare egalizator de tensiune;
A 4.3. Proiectare logica de control;
A 4.4. Proiectare electronica de putere;

FAZA 5 – Realizarea și implementarea hardware/software a SIEC-FC. (Timp de implementare 6 luni)

Termen de predare: 15 septembrie 2020

Activitățile fazei nr.5 sunt următoarele: 

A 5.1. Controlabilitatea egalizatorului de tensiune;
A 5.2. Realizarea hardware a SIEC-FC;
A 5.3. Simularea buclelor de control interioare si exterioare a circuitelor;
A 5.4. Implementarea software a SIEC-FC;
A 5.5. Validarea experimentala a SIEC-FC;

FAZA 6 – Dezvoltarea și implementarea algoritmilor de identificare a spectrelor EIS si luarea deciziilor de înlăturarea a defectelor apărute in PEM-FC.

Termen de predare: 15 septembrie 2020

Activitățile fazei nr.6 sunt următoarele: 

A 6.1. Algoritmi si tehnici de diagnosticare a defectelor apărute in PEM-FC;
A 6.2. Extragerea si interpretarea spectrelor EIS;
A 6.3. Algoritmi fuzzy de clusterizare;
A 6.4. Algoritm de control optim pentru egalizarea tensiunilor din ansamblul PEM-FC;

FAZA 7 – Integrarea sistemelor inovative SMD-FC si SIEC-FC la bordul autovehiculului Hy-DeMo.

Termen de predare: 10 decembrie 2020

Activitățile fazei nr.7 sunt următoarele: 

A 7.1. Integrarea SMD-FC la bordul Hy-DeMo;
A 7.2. Transmisie/Recepție a datelor dintre SMD-FCsi calculatorul central;
A 7.3. Interfața software de cuplare a SMD-FC;
A 7.4. Integrarea SIEC-FC la nivelul Hy-DeMo;
A 7.5.  Transmisie/Recepție a datelor dintre SIEC-FC si calculatorul central
A 7.6. Interfața software de cuplare a SIEC-FC;

FAZA 8 – Management energetic al fluxului de putere PEM-FC/Baterie/Supercapacitor la bordul autovehiculului Hy-DEMO.

Termen de predare: 14 mai 2021

Activitățile fazei nr.8 sunt următoarele: 

A 8.1. Arhitecturi si topologii de interconectare PEM-FC;
A 8.2. Identificarea unui model matematic optim pentru bilanțul de putere;
A 8.3. Tehnici de control cu modularea duratei de deschidere a valvei de hidrogen in funcție de sarcina;
A 8.4. Implementarea software a algoritmului de management energetic;
A 8.5.  Realizarea interfeței grafice de monitorizare si control. Salvarea datelor in calculatorul central al Hy-DeMo. 

FAZA 9 – Teste preliminare ale funcționalității ansamblului PEM-FC la nivelul autovehiculului Hy-DeMo pentru cicluri de funcționare Start/Stop.

Termen de predare: 10 decembrie 2021

Activitățile fazei nr.9 sunt următoarele: 

A 9.1. Verificarea funcționalității SMD-FC pe vehiculul Hy-DeMo;
A 9.2. Verificarea funcționalității SIEC-FC pe vehiculul Hy-DeMo;
A 9.3. Specificații tehnice si proceduri de testare la cicluri Start/Stop;
A 9.4. Teste preliminare la cicluri Start/Stop a PEM-FC pe Hy-DeMo in configurația dezvoltata;
A 9.5.  Interpretarea mecanismelor de „starvation” local si de coroziune a carbonului;

FAZA 10 – Teste preliminare ale funcționalității ansamblului PEM-FC la nivelul autovehiculului Hy-DeMo pentru cicluri de funcționare EUDC/NEDC.

Termen de predare: 13 mai 2022

Activitățile fazei nr.10 sunt următoarele: 

A 10.1. Specificații tehnice si proceduri de testare la cicluri automotive EUDC/NEDC;
A 10.2. Teste preliminare la cicluri EUDC/NEDC pe Hy-DeMo in configurația dezvoltata, pentru cel puțin 1000 de ore;
A 10.3. Diagnosticarea defectelor posibil apărute ale PEM-FC;
A 10.4.  Interpretarea rezultatelor in funcție de eficienta energetica si consumul de hidrogen.

FAZA 11 – Validare experimentala a soluțiilor/tehnologiilor prin teste rutiere ale autovehiculului Hy-DEMO pentru a demonstra fezabilitatea conceptului propus si pentru a aduce modelul experimental la stadiul de prototip

Termen de predare: 09 decembrie 2022

Obiectivul etapei 11 este cel mai important, aici fiind validată experimental varianta îmbunătățită a autovehiculului Hy-DeMO. În această etapă vor fi teste rutiere în toate scenariile posibile pentru a valida autovehiculul Hy-DeMO ca Prototip (TLR 7).

Activitățile fazei nr.11 sunt următoarele: 

A 11.1. Teste rutiere ale autovehiculului Hy-DEMO;
A 11.2. Investigarea/remedierea problemelor aparute in timpul funcționării;
A 11.3. Demonstrarea funcționalității conceptului propus;

© 2019 I.C.S.I. Rm. Vâlcea