FUEL CELL AND POWER CONVERTER SYSTEMS: MODEL AND DESIGN

Fuel cells are devices in which a fuel’s chemical potential energy is directly converted into electrical energy. They are almost always coupled to a power converter and the ensemble is here called “fuel cell system.” The behaviour of such systems, the interactions between their components,and their responses to external stimulations have been analysed, studied and measured. For this purpose, a complete fuel cell system has been modelled. Sizing criteria for cases where neither the fuel cell nor the power converter are a priori known have been identified, and a prototype has been sized and built. Other interesting correlative aspects have also been developed and studied, like the operation of the power converter on the border between the discontinuousand continuous conduction modes, and its control with a variable switching frequency. Experimental and simulation results for the system and for the different parts that compose it are presented.

Le celle a combustibile sono dei dispositivi in cui l’energia chimica potenziale di un combustibile è direttamente convertita in energia elettrica. Quasi sempre le celle a combustibile sono accoppiate a un convertitore di potenza e l’insieme è qui chiamato «sistema a celle a combustibile». Il comportamento di questi sistemi, le interazioni tra i diversi componenti, nonché le loro risposte a stimoli esterni sono stati analizzati, studiati e misurati.A tal fine, un sistema completo a celle a combustibile è stato modellizzato. Sono stati identificati dei criteri di dimensionamento per casi in cui né la cella a combustibile, né il convertitore sono noti a priori, e un prototipo è stato dimensionato e realizzato. Altri interessanti aspetti correlati sono stati sviluppati e studiati, come il funzionamento del convertitore di potenza al limite fra modo di conduzione discontinuo e continuo, e il suo controllo a frequenza di commutazione variabile. Risultati sperimentali e di simulazione per il sistema e le diverse parti che lo compongono sono presentati.