Análise de Requisitos e Projeto de uma Ecu para Automatizar um Sistema Sofc a base de Etanol

Abstract

A demanda crescente por descarbonização no setor de transporte requer inovação nos powertrains atuais, incluindo novas estratégias de propulsão. Nesse cenário o bioetanol, um combustível alternativo com ciclo de carbono aproximadamente neutro, tem sido amplamente utilizado. No entanto, sua utilização em motores de combustão interna ainda resulta em redução da eficiência térmica dos veículos. Por outro lado, a integração de Células a Combustível de Óxido Sólido (SOFC) com um reformador de etanol se apresenta como uma abordagem promissora para powertrains inovadores e eficientes. A fim de alcançar a máxima conversão e seletividade do etanol para o hidrogênio, é essencial o desenvolvimento de um sistema autônomo capaz de realizar todo o processo, exigindo a integração de hardware e software para sensorear, atuar e controlar o sistema. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma unidade de controle eletrônico (ECU) para um sistema SOFC com reformador de etanol, abrangendo a avaliação de requisitos funcionais e não funcionais, a especificação de sensores e atuadores, a conceptualização dos circuitos e criação dos esquemáticos, o design e montagem da placa de circuito impressa (PCB), e, por fim, testes abrangentes na placa para comprovar seu funcionamento.

The growing demand for decarbonization in the transportation sector calls for innovation in current powertrains, including new propulsion strategies. In this scenario the bioethanol, an alternative fuel with approximately neutral carbon cycle, has been widely known and utilized. However, its use in internal combustion engines still decreases vehicle thermal efficiency. On the other hand, the integration of Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) with an ethanol reformer is a promising approach for new and efficient powertrains. To achieve maximum ethanol conversion and selectivity to hydrogen, the development of an autonomous system that performs the entire process is crucial, requiring the integration of hardware and software for sensing, actuating, and control. This work presents the development of an Electronic Control Unit (ECU) for a SOFC with an ethanol reformer system, including the evaluation of functional and non-functional requirements, specification of sensors and actuators, creation of circuits and schematics, printed circuit board (PCB) design and assembly, and finally, extensive tests on the board to prove its operation.