Ανάλυση Λειτουργίας Και Ισοδύναμων Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων Για Τη Μελέτη Της Δυναμικής Συμπεριφοράς Κυψελών Καυσίμου Μεμβράνης Ανταλλαγής Πρωτονίων (pemfc)

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των κυψελών καυσίμου ως εναλλακτική πηγή τάσεως. Η ανάλυση περιλαμβάνει εκτός από το θεωρητικό υπόβαθρο της τεχνολογίας αυτής και παρουσίαση ηλεκτρικών ισοδύναμων κυκλωμάτων. Τα συστήματα κυψελών καυσίμου αναμένεται να διαδραματίσουν σπουδαίο ρόλο στην παραγωγή ισχύος λόγω της αποδοτικότητας, της καθαρότητας και της αξιοπιστίας τους. Το ευρύ φάσμα των εφαρμογών τους περιλαμβάνει εκτός από επίγειες και κινητές εφαρμογές. Ιδιαίτερη έμφαση στη διπλωματική εργασία δίνεται στην αρχή λειτουργίας των κυψελών καυσίμου τύπου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων λόγω της ευελιξίας και της ποικιλίας των εφαρμογών που μπορούν να υποστηρίξουν. Οι κυψέλες καυσίμου αυτού του είδους παρουσιάζουν χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας, χαμηλούς χρόνους εκκίνησης και μεγάλη ανθεκτικότητα. Τα χαρακτηριστικά αυτά, καθώς και το γεγονός ότι αποτελούν εναλλακτικές πηγές ισχύος, καθιστούν τις κυψέλες καυσίμου αντικείμενο προς μελέτη για εφαρμογές ηλεκτροκίνησης. Η μελέτη των ισοδύναμων ηλεκτρικών κυκλωμάτων των κυψελών, που ακολουθείται στην παρούσα εργασία, διακατέχεισημαντική θέση στην ανάλυση και στην πρόβλεψη της ηλεκτρικής συμπεριφοράς τους καθώς αυτές ενσωματώνονται σε συστήματα ισχύος και σε εφαρμογές ηλεκτροκίνησης. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στη δυναμική απόκριση των μοντέλων αυτών, η οποία προσομοιώνεται ηλεκτρονικά. Έπειτα,πραγματοποιείται πειραματική δοκιμή δυναμικών μεταβολών σε μία συστοιχία κυψέλων καυσίμου τύπου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων ισχύος 1,2kW. Τέλος, επιλέγεται και παρουσιάζεται ένα σύνθετο δυναμικό ηλεκτρικό μοντέλο που βασίζεται σε συζευγμένη αναπαράσταση των ηλεκτροχημικών και ηλεκτρικών φαινομένων και προσομοιώνει τη μακρόχρονη δυναμική απόκριση της πειραματικής διάταξης.