مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدلسازی و بهینه سازی یک سیستم پیل سوختی محرک خودرو با قدرت 50 کیلووات

نویسندگان
1 عضو هیات علمی دانشگاه بیرجند
2 کارشناس ارشد
چکیده
در سالهای اخیر، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر با توجه به محدودیت منابع سوختهای فسیلی، بازده کم موتورهای احتراق داخلی و آلایندگی زیست محیطی آن‌ها، مورد توجه محققان و شرکتهای خودروسازی قرار گرفته است. با استفاده از سیستم‌های‌ پیل سوختی به جای موتورهای احتراق داخلی می‌توان تا حدی بر این مشکلات غلبه کرد. در این راستا، مقاله حاضر به بررسی یک سیستم پیل سوختی پلیمری برای استفاده در یک خودروی شهری پرداخته است. در بخش اول این مقاله، ضمن استفاده از مشخصات نمونه‌های واقعی در سیستم، اجزای سیستم شامل توده، رطوبت‌زن‌های هوا و هیدروژن، کمپرسور هوا، پمپ‌ رطوبت‌زن‌ها و پمپ خنک کننده در محیط سیمولینک متلب مدلسازی شده است. این مدل می‌تواند توان مصرفی سیستم و اجزای جانبی آن و نیز میزان آب، هیدروژن و هوای مورد نیاز را محاسبه نماید. نتایج نشان که در حالت پایه و در چگالی جریان 0.7A/cm2، 14% قدرت تولیدی توده پیل سوختی توسط اجزاء جانبی مصرف می‌شوند. در این چگالی جریان، بازده کلی سیستم 48.15% و بازده خالص سیستم 34.3% است. در بخش دوم، سیستم از دیدگاه قانون اول ترمودینامیک برای دو تابع هدف بیشترین توان خروجی و بیشترین بازده بهینه سازی شده است. نتایج نشان می دهد که اولا روش جستجوی الگویی بهترین روش بهینه سازی شناخته شده است ثانیا در بهینه سازی با هدف بیشترین توان، قدرت خالص و بازده سیستم به ترتیب به اندازه 11.9% و 4% افزایش و توان مصرفی اجزاء جانبی به اندازه 42% کاهش می‌یابند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Modeling and optimization of fuel cell vehicle driver system with power of 50kW

نویسندگان English

Hassan Hassanzadeh 1
Hadi Jafari 2
چکیده English

Using the renewable energy resources has attracted the attention of researchers and automobile companies, because of limited fossil fuel resources, low efficiency of internal combustion engines and their environmental pollutions. By using the fuel cell systems instead of internal combustion engines can be partially overcome these problems. In this regard, the present article examines a PEM fuel cell system for using in an urban vehicle. In the first part of this article, by using the real component of system, the fuel cell system components including stack, membrane humidity of air and hydrogen, air compressor, water pump and pump cooler stack has been modeled in MATLAB Simulink environment. The mentioned model can evaluate the power consumption of system and its peripheral component and also required water, hydrogen and air for system. At the base case and the current density of 0.7A / cm2, 14% of power productions of stack are consumed by auxiliaries units. At this current density, the overall and net system efficiencies are 48.15% and 34.3%. In the second part of this article, the system from the point of view of the first law of thermodynamics has been optimized with objective functions of maximum output power and maximum efficiency. The results indicate that first model search method is best method for optimization, second at the Optimization with the aim of maximum power, pure power and system efficiency are increased 11.9% and 4% respectively and the power consumption by auxiliary unit is reduced 42%.

کلیدواژه‌ها English

Polymer electrolyte membrane fuel cell
vehicle
membrane humidifier
Optimization