State observers design for PEMFC systems

Abstract

This work presents the development of a nonlinear state observer to estimate the values of the different gas species concentration profiles in a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) energy system. The selection of the estimated states is based on the functionality and performance of the observer. The implementation is based on the discretization of a PEMFC distributed 1+1D model. Forward and backwards discretization of the partial derivative equations is performed to take advantage of the boundary conditions of the problem. A second-order sliding-mode control super-twisting corrective input action is implemented to reduce the estimation error to zero in a finite amount of time. Simulation results are presented to show the performance of the observer to estimate the values of the states and to extract conclusions for future research work.// Este trabajo presenta el desarrollo de un observador de estados no lineal para la estimación de los perfiles de concentraciones en un sistema de energía basado en una Pila de Combustible de Membrana de Intercambio Protónico (PEMFC). La selección desempeño del observador. Las ecuaciones en derivadas parciales son discretizadas en dos sentidos un modelo 1+1D para aprovechar las condiciones de contorno del problema. Una acción de en métodos deslizantes de segundo orden es implementada para reducir el error de estimación a cero en un periodo finito de tiempo. Se presentan resultados de simulación para mostrar el rendimiento del observador reconstrucción de los valores de los estados y para extraer conclusiones para futuro trabajo de investigación.