طراحی بهینه سیستم کنترل برای مدیریت آب و توان در پیل سوختی

پیل سوختی وسیله ای است که انرژی شیمیایی سوخت را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل میکند.گاز هیدروژن به دلیل تمایل واکنش دهندگی بالا، فراوانی و عدم آلایندگی محیط زیست، به عنوان سوخت ایده آل در پیل سوختی مورد استفاده قرار میگیرد. در این مقاله برای رسیدن به این هدف مدل یک بعدی برای پیل سوختی بر پایه قوانین فیزیکی حاکم بر آن، ارایه شده است. این مدل شامل اثرات گذرای اینرسی و جریان کمپرسور، پر شدن مجاری (برای هر دو بخش کاتد و آند)، فشار جزیی واکنش دهنده-ها و رطوبت غشا میباشد.الکترود کاتد نیز مشابه الکترود آند شامل لایه نفوذ گاز و لایه کاتالیستی که بر روی آن بارگذاری میشود است. بر روی سطح الکترود کاتد، الکترون بازگشتی از مدار خارجی با یون عبوری از لایه الکترولیت و اکسید کننده ترکیب و آب تشکیل میشود. چهار راهکار کنترلی برای مقابله با تشکیل آب مایع در کاتد پیشنهاد شده که با توجه به نتایج حاصل از شبیه سازی افزایش سطح مقطع گلوگاه کاتد به عنوان بهترین روش برای مقابله با مشکل تشکیل آب مایع در کاتد پیشنهاد شده است. برای دست یابی به بازدهی بالا در جریان های مختلف، سیستم کنترلی باید مقدار هوا را در مقدار بهینه آن تنظیم نماید که سیستم های کنترلی مورد استفاده عبارتند از: کنترلر های کلاسیک (PI, PD,PID) با روش های مختلف از قبیل فضای حالت، تحلیل فرکانسی، .LQR آهنگ افت توان بواسطه تغییر دبی هیدروژن برای مقابله با تشکیل آب مایع در کاتد به طور متوسط 74 درصد بیشتر از آهنگ افت توان بواسطه تغییر سطح مقطع گلوگاه می-باشد

کلیدواژه ها:

بهینه سازی توان ، پیل سوختی ، سیستم کنترلی بهینه ، مدلسازی ، مدیریت آب