Walter ZAMBONI | Projects

CIRCUITI ED ALGORITMI PER LA CARATTERIZZAZIONE DI CELLE A COMBUSTIBILE

Il principale obiettivo di progetto è lo sviluppo di circuiti e algoritmi di identificazione e di diagnostica di FC, in particolare di tipo PEM, con particolare attenzione agli aspetti di efficacia implementativa degli algoritmi su sistemi embedded. Gli algoritmi dovranno essere eseguiti durante il normale funzionamento stazionario della cella (tensione e corrente costante), sfruttando piccole perturbazioni iniettate attraverso i convertitori switching di interfaccia FC/sistema elettrico. Il primo obiettivo sarà lo sviluppo di software di alto livello di sistemi embedded che implementi una tecnica di misura o identificazione dell’impedenza di una FC di tipo PEM in un ampio intervallo di frequenza, da qualche decina di millihertz a qualche kilohertz. Il sistema embedded di diagnostica dovrà comandare il convertitore switching di interfaccia, imponendo il punto di lavoro stazionario della FC e permettendo l’iniezione di segnali di perturbazione di tipo sinusoidale dalle caratteristiche opportune (ad esempio, in termini di rapporto segnale/rumore e frequenza). Il sistema embedded dovrà inoltre acquisire i segnali di tensione e corrente ai morsetti della pila di celle ed elaborare i dati al fine di restituire il profilo di impedenza della FC di tipo PEM. Occorrerà evidentemente interfacciarsi in modo opportuno con i sensori e i sistemi di conversione analogico-digitale, tenendo conto della piccola ampiezza delle perturbazioni impresse rispetto ai valori medi di tensione e corrente. La tecnica verrà implementata attraverso un sistema di tipo Beagleboard. Il secondo obiettivo è lo sviluppo di un metodo di identificazione dei parametri di FC di tipo PEM che operi nel dominio del tempo, sfruttando i dati ottenibili da un sistema del tipo di quello sopra descritto e dedicato più specificatamente all’analisi in frequenza. Sarà necessario individuare o sviluppare modelli di complessità computazionale ridotta, come i modelli circuitali concentrati, e tecniche adatte per l'estrazione dei parametri di modello a partire dai dati nel dominio del tempo, piuttosto che dai dati sintetici in frequenza. La stima dei parametri circuitali, attraverso opportune relazioni da individuare, permetterà la definizione dello stato di salute del dispositivo ed eventualmente di altre figure di merito, o, ancora, dei guasti del sistema. Il metodo sarà sviluppato a partire dai filtri bayesiani (come i filtri di Kalman), da algoritmi ai minimi quadrati ed eventualmente osservatori sliding mode o basati su algoritmi genetici. L’algoritmo sarà sviluppato in modo adatto all’implementazione con limitate risorse computazionali, tale da consentire la sua realizzazione fisica in un sistema embedded poco costoso, come quello utilizzato per la spettroscopia di impedenza descritta sopra. Il terzo obiettivo consisterà nell’implementazione del metodo di identificazione sviluppato al punto precedente sullo stesso sistema embedded descritto per il primo obiettivo.