مدل سازی و بهینه سازی سیستم یک خودرو هیبرید پیل سوختی-الکتریکی با سوخت هیدروزن

چکیده در پایان نامه حاضر یک خودرو هیبرید الکتریکی- پیل سوختی با سوخت هیدروژن مدل سازی شده است. مدل سازی این خودرو با استفاده از امکانات نرم افزار advisor که از مزایای انعطاف پذیری مدل سازی simulink و قدرت تحلیل matlab بهره می برد، انجام شده است. تحقیق حاضر در دو بخش ارائه شده است. ابتدا استک پیل سوختی پلیمری با استفاده از نرم افزار matlab مدل سازی شده است. مدل سازی انجام شده یک مدل نیمه تجربی است. معادلات حاکم که شامل معادلات الکتروشیمیایی و حرارتی- سیالاتی می باشد به صورت یک حجم کنترل نوشته شده است. مدل سازی به گونه ای است که مدل توسعه یافته قادر به تعیین پارامترهای ترمودینامیکی و الکتروشیمیایی در شرایط عملکردی مختلف سیستم پیشرانش می باشد. بدین منظور تأثیر پارامترهای مهم از جمله دما، فشار و ضریب انتقال بار بر عملکرد استک پیل سوختی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج تأثیر بیشتر اثر دما نسبت به فشار بر ولتاژ خروجی و در نهایت بازده پیل سوختی را نشان می دهد. در قسمت دوم با استفاده از نرم افزار advisor یک خودرو سمند ال ایکس با سیستم هیبرید پیل سوختی مدل سازی شده است. برای خودرو فوق مدل بدنه و چرخ ها با در نظر گرفتن کلیه پارامترهای مربوط به آن ها به نرم افزار اضافه شده است. در ادامه عملکرد خودرو هیبرید الکتریکی- پیل سوختی شامل تلفات انرژی اجزاء مختلف سیستم، مصرف سوخت و بازده سیستم هیبرید و خودرو در چرخه های حرکت مختلف در دو حالت راه اندازی گرم و سرد مورد بررسی قرار گرفته و با نمونه احتراق داخلی خود مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که تقریباً نیمی از کل تلفات در سیستم پیل سوختی اتفاق می افتد و در راه اندازی گرم نسبت به راه اندازی سرد حدود 95% از کل کاهش تلفات انرژی در سیستم پیل سوختی است. با توجه به چرخه های حرکت مورد استفاده مصرف سوخت خودرو هیبرید الکتریکی- پیل سوختی حدود 40 تا 55 درصد نسبت به نمونه احتراق داخلی کاهش و بازده سیستم در خودرو هیبرید الکتریکی- پیل سوختی نسبت به نمونه احتراق داخلی حدود 91 تا 147 درصد افزایش یافته است. بیشترین بازده سیستم پیل سوختی در چرخه های حرکت فوق حدود 47% است. نتایج آزمون شتاب و شیب نشان می دهد که بهترین حالت استفاده از سیستم هیبرید می باشد و بیشترین انرژی توسط باتری تأمین می شود. با استفاده از این آزمون مشخص شد که در خودرو هیبرید الکتریکی- پیل سوختی علاوه بر کاهش مصرف سوخت و افزایش بازده از نظر آزمون های عملکردی سرعت، شتاب و شیب قابل رقابت با نمونه احتراق داخلی خود می باشد. در بررسی آلاینده ها مشخص شد که آلاینده های خروجی از سیستم هیبرید الکتریکی- پیل سوختی با سوخت هیدرو‍ژن صفر می باشد و محصول واکنش الکتروشیمیایی هوا و هیدروژن، آب و گرما است.