Los vehículos no tripulados se están convirtiendo en elementos clave en numerosas misiones relacionadas con la Defensa. En estas aplicaciones, los requerimientos de la misión y las prestaciones que debe ofrecer el vehículo son criterios fundamentales a tener en cuenta a la hora de seleccionar el sistema de propulsión y almacenamiento de energía a bordo. En muchas de estas aplicaciones, los vehículos eléctricos constituyen una opción interesante, y la única disponible en ocasiones. Los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica disponibles actualmente presentan limitaciones que condicionan notablemente el tiempo de operación de estos vehículos.

Los sistemas híbridos, combinando diferentes tecnologías de almacenamiento de energía eléctrica, son una alternativa para mejorar las prestaciones globales del sistema, en términos de densidad de energía y potencia, con objeto de incrementar la autonomía y las prestaciones de los vehículos no tripulados. Una de estas tecnologías de almacenamiento de energía eléctrica se basa en la utilización de hidrógeno en pilas de combustibles.

El progresivo desarrollo de tecnologías asociadas con la robótica y el control de sistemas complejos está facilitando la introducción de robots y sistemas guiados de forma remota en numerosos campos de actuación, siendo el de la seguridad y la defensa uno de los que en mayor medida están participando en actividades de I+D relacionadas con estas tecnologías. En el área de la defensa, las principales aplicaciones en las que robots y vehículos no tripulados pueden jugar un papel cada vez más importante son fundamentalmente:

  • Reconocimiento y exploración del entorno, proporcionando información para la toma de decisiones y eventuales acciones.

  • Vigilancia de áreas, incluyendo aquí la vigilancia e intervención en fronteras terrestres y marítimas; en aeropuertos, puertos y estaciones de ferrocarril; en edificios oficiales y en instalaciones estratégicas, como serían las relacionadas con la defensa, las energéticas, comunicaciones, etc.

  • Relé de comunicaciones, desplegando robots y vehículos no tripulados que actúan de forma conjunta como nodos retransmisores de comunicaciones para garantizar las comunicaciones en misiones de defensa.

El almacenamiento de energía a bordo es un aspecto clave a tener en cuenta en el diseño y operación de estos dispositivos, ya que este almacenamiento condiciona en gran manera el comportamiento y capacidades del vehículo. Uno de los principales objetivos de estos vehículos es realizar tareas, ya sea de forma autónoma o mediante control remoto, durante largos períodos de tiempo, lo que se alcanzaría mediante la incorporación de sistemas de almacenamiento de energía que ofrezcan cada vez más y mejores prestaciones.

Dependiendo del tipo de vehículo y de sus condiciones de utilización, el uso de energía eléctrica puede ser una opción a tener en cuenta, o la única opción disponible. Estos vehículos eléctricos no tripulados suelen utilizar baterías de plomo ácido o ión litio. Estos sistemas basados exclusivamente en baterías presentan limitaciones, en particular en la autonomía del vehículo, y en la posibilidad de implementar actuadores con elevados consumos energéticos. Aunque las tecnologías de baterías están progresando rápidamente, la utilización de sistemas híbridos de almacenamiento de energía eléctrica, combinando dos o más métodos de almacenamiento de diferentes características, pueden mejorar sustancialmente las prestaciones globales del sistema, a la vez que se ofrece una mayor seguridad en el suministro al disponer de sistemas redundantes para el suministro de energía a los sistemas vitales de la plataforma.

En estos sistemas híbridos, la utilización conjunta de pilas de combustible con baterías y supercondensadores está tomando un creciente protagonismo en diferentes plataformas de vehículos no tripulados, tanto autónomos como pilotados de forma remota. Estos sistemas híbridos de potencia con pila de combustible son objeto de proyectos de demostración en diferentes ámbitos, existiendo prototipos de UGVs, UAVs y UUVs que disponen de esta tecnología.

De forma general, las principales ventajas que los sistemas híbridos basados en pilas de combustible pueden aportar al almacenamiento de energía en estas aplicaciones serían:

  • Incremento de la densidad de energía y potencia respecto a configuraciones basadas exclusivamente en baterías.

  • Redundancia en el suministro de energía eléctrica.

  • Mayor eficiencia en la utilización de la energía almacenada.

  • Flexibilidad en el combustible.

  • Nulas o reducidas emisiones (térmicas, acústicas, gases contaminantes o de efecto invernadero, etc.)

Las principales incertidumbres que se ciernen sobre estos sistemas se centran tanto en las pilas de combustible (coste, influencia de las condiciones de operación en la vida útil de los sistemas, insuficiente densidad de potencia para ciertas aplicaciones con el estado actual de la tecnología, insuficiente desarrollo de la normativa y regulaciones aplicables, etc.) como en los sistemas de almacenamiento o producción de hidrógeno a bordo. 

Una configuración típica de un sistema híbrido genérico, con baterías, supercondensadores y pila de combustible alimentada con hidrógeno, sería la mostrada en la Figura 1. Estos sistemas de almacenamiento y suministro de energía deben disponer de dispositivos de acondicionamiento de potencia para alimentar a las diferentes cargas existentes a bordo, incluyendo la propulsión.

Figura 1: Configuración típica de un sistema híbrido de potencia con pila de combustible

Las ventajas ya mencionadas que los sistemas híbridos basados en pilas de combustible pueden ofrecer en estos futuros escenarios, en particular en cuanto a incremento de autonomía en las misiones y reducción de emisiones (térmicas, acústicas, gases, etc.) se refiere, con los consiguientes beneficios operacionales y medioambientales, hace que estas tecnologías puedan jugar un importante papel en determinados nichos y aplicaciones. La idoneidad de estos sistemas deberá evaluarse en cada caso dependiendo de los requerimientos particulares de las misiones que deben realizar. Estas tecnologías se beneficiarán también de importantes sinergias entre el sector civil y militar, ya que muchas de las soluciones que se proponen para vehículos no tripulados son similares a las que se están desarrollando en sectores de gran importancia desde el punto de vista económico y tecnológico, como es el de la automoción o el de vehículos industriales.

En España se están llevando a cabo proyectos de demostración en este campo, a pesar de contar con menor apoyo de instituciones y empresas que otros países de nuestro entorno. Sería deseable que estas actividades preliminares de I+D no queden como hitos aislados, sino que permitan la creación de grupos y redes estables de investigación, conectados con la industria, que permitan posicionar favorablemente a nuestro país en un área estratégica de gran potencial de crecimiento tecnológico y económico.

Fuente: Evaluation of fuel cell/battery passive hybrid power systems for unmanned vehicles, Fernando Isorna Llerena, Jefe del Laboratorio de Sistemas de Energías del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA).