مدلسازی و کنترل پیل سوختی با غشاء تبادل پروتون با استفاده از الگوریتم های هوشمند

در این پروژه مدلسازی و کنترل سیستم پیل سوختی متشکل از پیل سوختی با غشاء تبادل پروتون(pemfc) ، ذخیره ساز انرژی و مبدل های الکترونیک قدرت در خودروهای پیل سوختی ترکیبی(fchv) مورد بررسی قرار گرفته است. مدل دینامیکی نیمه تجربی و مدل مداری پیل سوختی در این پروژه ارئه شده اند که به دلیل دقت بالایی که دارند، برای طراحی کنترل کننده های پیل سوختی مناسب می باشند. در مدل های پیل سوختی ارائه شده در اکثر مقالات از مدل دینامیکی نیمه تجربی، که در این پروژه نیز تحت عنوان مدل پیشنهادی اول نامگذاری شده است، استفاده شده، مدل مداری ارائه شده در این پروژه یا همان مدل پیشنهادی دوم به دلیل استفاده از روابط دقیق ولتاژ ترمودینامیکی و افت ولتاژها داری قابلیت اطمینان بالاتری نسبت به مدل اول است و در مقالات پیل سوختی که در مورد خودرو می باشند استفاده نشده است. پیل های سوختی دارای شدت توان پایین و دینامیک کند هستند که برای جبران این مشکلات در حالت های گذرا و اضافه بار از ذخیره سازهای انرژی استفاده می شود تا سیستمی با شدت توان و شدت انرژی بالا ایجاد و مشکل شدت توان پیل سوختی توسط ذخیره سازها مرتفع گردد. موضوع مهمی که در کنترل سیستم پیل سوختی باید مورد توجه قرار بگیرد این است که بدلیل اینکه در خودرو ما با تغییرات سریع و مداوم بار روبرو هستیم، رفع تقاضای بار در حالت های گذرا بسیار حائز اهمیت می باشد. به نکته مهم دیگری نیز باید توجه شود که برای داشتن بازده ای بالا و حفظ طول عمر پیل سوختی و باتری، باید هر کدام از آن ها در رنج محدودی از توان و socمورد بهره برداری قرار بگیرند و دستخوش تغییرات در رنج وسیعی نگردند. موضوع دیگری که در این پروژه مورد بررسی قرار گرفته است مدیریت انرژی در سیستم پیل سوختی می باشد. بین میزان توانی که پیل سوختی و باتری برای رفع تقاضای بار باید بدهند، باتوجه به حالت ظرفیت شارژ (soc) باتری و محدودیت های ولتاژ،جریان و توان باتری و محدودیت توان پیل سوختی باید مدیریت انرژی انجام گردد. و نکته مهم دیگر این است که در موتور در حالت ترمز انرژی مصرف نشده بر می گردد و این انرژی بایستی توسط باتری بازیابی گردد. برای این منظور از یک مبدل الکترونیک قدرت دو جهته استفاده کردیم که در حالت رفت افزاینده و در حالت برگشت کاهنده می باشد. برای کنترل مبدل الکترونیک قدرت در یک حالت از یک کنترل کننده ساده pi و در حالت دیگر از یک کنترل کننده فازی به همراه تعدادی سوئیچ برای تصمیم گیری بین حالت شارژ و دشارژ استفاده شده است و نتایج در دو حالت مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته اند. برای مدیریت انرژی از یک کنترل کننده ترموستاتی و یک کنترل کننده فازی مبنی بر توان مورد نیاز بار و حالت ظرفیت شارژ باتری، استفاده شده و نتایج شبیه سازی ها با هم مقایسه شده اند. مدل بار خودرو در مسیرهای مختلف از ترم افزار advisor برداشت شده است و تمام شبیه سازی ها با نرم افزار matlab/simulink انجام شده اند.