مدلسازی و بررسی رفتار دینامیک پیل سوختی غشا تبادل یون پروتون

پیل های سوختی تبادل یون پروتون (PEMFC)به عنوان بهترین جایگزین موتور احتراق داخلی در کاربردهای خودرو به علت دمای عملیاتی پایین(کمتر از 80c) دانسیته توان بالا و راندمان بالا مورد توجه می باشند. بااین وجود PEMFC ها دارای مسائل و مشکلاتی هستند که بایستی قبل از ورود به کاربردهای واقعی سیست مهای خودرو مرتفع شوند. هدف اساسی دستیابی به عملیات دینامیک سریع و پایدار در پاسخ به توان مورد نیاز رانن ده ها نظیر را هاندازی افزایش سرعت و کاهش سرعت م یباشد. در حالیکه اکثر مطالعات در رابطه با PEMFC بر رفتار حالت پایا متمرکز شده است و اما چند مقاله اخیرا رفتار دینامیک را توسط مطالعات شبیه سازی عددی مورد بررسی قرار داد هاند. بنابراین رفتار گذرای (دینامیک) پیل های سوختی تبادل یون پروتون یک معیار مهم در کاربرد آنها در سیستم های خودرو است. در اکثر مدلهای دینامیک ارائه شده از روابط تجربی که برای پیل مورد بررسی بدست آمده است استفاده شده است و در مدل هایی که نویسندگان آنها را مطالعه کرده اند، فاکتور رطوبت به صورت مستقیم دخیل نمیباشد. در این تحقیق، سعی شده تا با استفاده از روابط موجود، رطوبت نسبی را به عنوان پارامتر متغییر مدل کرده و مدل موجود به وسیلهی روابط مربوط به آب و رطوبت درون پیل توسعه دادهشود. بدین منظور پیل سوختی را به صورت یک مدل یکپارچه شامل سه بخش کانال آندی، کانال کاتدی و مجموعه غشاء- الکترود در نظر گرفته و روابط مربوط به جرم، انرژی و ولتاژ را برای آن ها در محیط SIMULINK نرمافزار MATLAB حل شده است برای کامل کردن مدل، روابط کشش الکترواسمتیک، نفوذ معکوس،رطوبت غشا و تاثیر رطوبت بر مقاومت اهمیک اضافه شدهاست. سپس سعی شده با استفاده از مدل ارائهشده به بررسی کارکرد پیلسوختی در شرایط مختلف پرداخته شود. مشاهده شده است که هرچه رطوبت گازهای ورودی بیشتر باشد (در نتیجه رطوبت غشا بیشتر میشود) ولتاژ بیشتر و تغییرات ولتاژ در اثر تغییر جریان کمتر است. همچنین افزایش فشار پیل مانند بالا بردن رطوبت گازها عمل میکند اما تاثیر آن کمتر است. مدلسازی با استفاده از روابط موجود ثابت میکند که رطوبت آند نسبت به کاتد تاثیر بیشتری بر عملکرد پیل دارد.

Keywords:

مدلسازی دینامیک , پیل سوختی غشاء تبادل یون پروتون , محیط SIMULINK نرمافزار MATLAB