Ανάλυση Λειτουργίας Και Ανάπτυξη Δυναμικού Μοντέλου Προσομοίωσης Κυψελών Καυσίμου Μεμβράνης Ανταλλαγής Πρωτονίων (pemfc)

Abstract

Στη παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκαν οι κυψέλες καυσίμου ως εναλλακτική διάταξη για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Πιο συγκεκριμένα μελετήθηκε η κυψέλη καυσίμου τύπου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων, εξετάστηκαν οι θερμοδυναμικοί νόμοι που διέπουν τη λειτουργία της, καθώς επίσης και οι μηχανισμοί που προκαλούν μεταβολές στην τερματική τάση της. Επιπλέον πραγματοποιήθηκε ανασκόπηση των κυριότερων ισοδύναμων ηλεκτρικών μοντέλων που αναφέρονται στη διεθνή βιβλιογραφία, τα οποία επιτρέπουν να αναπαρασταθεί η δυναμική συμπεριφορά της κυψέλης.Στη συνέχεια προσδιορίστηκαν οι εξισώσεις που αναπαριστούν τους θερμοδυναμικούς νόμους και τους μηχανισμούς πτώσης τάσης και οι οποίες επιτρέπουν να υπολογισθεί η τάση εξόδου της κυψέλης σε συνάρτηση με το φορτίο της. Αυτές ενσωματώνονται στο ισοδύναμο ηλεκτρικό μοντέλο που έχει προταθεί από τους Larminie - Dicks προκειμένου να αναπτυχθεί ένα νέο δυναμικό μοντέλο της κυψέλης καυσίμου.Για την πειραματική επιβεβαίωση του μοντέλου πραγματοποιήθηκαν δοκιμές στο εργαστήριο τόσο σε μόνιμη κατάσταση λειτουργίας όσο και σε δυναμικές μεταβολές σε μια συστοιχία κυψελών καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων ισχύος 500W η οποία χρησιμοποιήθηκε στη διάταξη ηλεκτρικής κίνησης του πρότυπου ερευνητικού οχήματος «Προμηθέας» που αναπτύχθηκε από την αντίστοιχη ομάδα του Εργαστηρίου Ηλεκτρικών Μηχανών και Ηλεκτρονικών ισχύος του ΕΜΠ. Από τη σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων με τα αποτελέσματα της προσομοίωσης επιβεβαιώθηκε η ακρίβεια του μοντέλου.