کنترل توان یک خودرو هیبریدی با نیرو محرکه پیل سوختی (pem)

در این تحقیق مدلی از یک خودروی هیبرید پیل سوختی ارائه و در محیط نرم افزار سیمولینک شبیه سازی شده است. اجزایی که در این قسمت مدل سازی شده اند عبارتند از: سیستم پیل سوختی، مبدل جریان مستقیم، باتری، سیستم انتقال قدرت و موتور الکتریکی و خودرو. مدل دینامیکی که برای سیستم تولید توان پیل سوختی ارائه شده است توانایی پیش گویی رفتار گذرا و حالت پایدار سیستم تحت بار را داراست. این مدل در کل از چهار زیرشاخه تشکیل یافته است که عبارتند از: مدل تأمین هوای (اکسیژن) کاتد، مدل تأمین سوخت (هیدروژن) به آند، مدل استک پیل سوختی و مدل مدیریت آب و حرارت سیستم. در این مدل از مدیریت آب صرف نظر شده است و فرض می کنیم این قسمت از سیستم به خوبی کنترل شده و سیستم در شرایط مورد نظر ما حفظ می شود. در ادامه یک مدل استاتیکی برای مبدل جریان آورده شده است. باتری نیز از نوع لیتیوم-یون و از محیط نرم افزار سیمولینک انتخاب گردیده است. موتور الکتریکی نیز قابلیت ذخیره ی انرژی از ترمزگیری بازیاب را دارا می باشد. در نهایت مدلی طولی برای خودرو آورده شده است. در پایان یک مدل شبکه ی عصبی برای سیستم خودرو و موتور الکتریکی پیشنهاد گردیده است. در ادامه با استفاده از یک کنترلر استاتیک سیستم به گونه ای تنظیم شده که همواره در بیشینه ی بازده کار کند. دمای استک نیز با استفاده از یک کنترلر pid کنترل شده است. نتایج حاکی از آن است که این دو کنترلر به خوبی عمل می کنند. پس از آن منحنی قطبش و نمودار بازده ی پیل بر حسب چگالی جریان بدست آمده است. نتیجه ای که از این دو نمودار حاصل می شود آن است که چگالی جریان باید حداکثر مقدار 0/9 را داشته باشد تا از اتلافات در سیستم جلوگیری شود. بنابراین با توجه به مشخصات این سیستم بیشینه ی جریان پیل سوختی باید 252 آمپر باشد. سپس مدل پیل سوختی ارائه شده با یک واحد تولید توان پیل سوختی نکسا تطبیق داده شده است و نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج تجربی صحه گذاری گردیده و نتایج قابل قبولی به دست آمده است. در انتها کل سیستم خودروی هیبرید پیل سوختی شبیه سازی شده است. توان مورد نیاز موتور به ازای ورودی های مختلف هم به طور واقعی و هم به صورت پیش بینی توسط شبکه عصبی محاسبه شده است. نتایج حاکی از آن است که این مدل شبکه ی عصبی به خوبی می تواند توان مورد نیاز موتور را پیش بینی کند. در ادامه برای کنترل سطح شارژ باتری سه کنترلر پیشنهاد شده است. نتایج شبیه سازی با دو سیکل رانندگی شهری و بزرگراه حاکی از آن است که استفاده از کنترلر سوم باعث می شود که هیدروژن کمتری مصرف شود و دلیل این امر آن است که هرچه جریان کشیده شده از پیل سوختی کمتر باشد، مصرف سوخت آن نیز کمتر است. در واقع همان گونه که پیش بینی نیز می شد، می توان گفت که منبع کمکی توان (در این جا باتری) باعث بهبود عملکرد خودرو و کاهش مصرف سوخت هیدروژن می شود.