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

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 سیستم های پیل سوختی به جای موتورهای احتراق داخلی می توان 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 نمونه های واقعی در سیستم، اجزای سیستم شامل توده، رطوبت زن های هوا و هیدروژن، کمپرسور هوا، پمپ رطوبت زن ها و پمپ خنک‌کننده در محیط سیمولینک مت‌لب مدل‌سازی شده است. این مدل می تواند 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 اجزا جانبی مصرف می شوند. در این چگالی جریان، بازده کلی سیستم 48.15% و بازده خالص سیستم 34.3% است. همچنین با افزایش ضریب استوکیومتری هوای ورودی، به دلیل افزایش توان مصرفی کمپرسور، ولتاژ خروجی افزایش قابل ملاحظه ای نمی یابد. در بخش دوم، سیستم از دیدگاه قانون اول ترمودینامیک برای دو تابع هدف بیشترین توان خروجی و بیشترین بازده بهینه‌سازی شده است. نتایج نشان می دهد که اولاً روش جستجوی الگویی بهترین روش بهینه‌سازی شناخته شده است ثانیاً در بهینه‌سازی با هدف بیشترین توان، قدرت خالص و بازده سیستم به ترتیب به اندازه 11.9% و 4% افزایش و توان مصرفی اجزا جانبی به اندازه 42% کاهش می یابند.