Ανάπτυξη Δυναμικού Μοντέλου Κυψέλης Καυσίμου Μεμβράνης Ανταλλαγής Πρωτονίων (pemfc) Και Πειραματική Επιβεβαίωση Για Βελτιστοποίηση Της Απόδοσης Σε Εφαρμογές Ηλεκτροκίνησης

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των τεχνολογικών χαρακτηριστικών των κυψελών καυσίμου οι οποίες αποτελούν υποσχόμενη διάταξη αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας. Σε ένα πρώτο βήμα αναλύεται το θεωρητικό υπόβαθρο της τεχνολογίας των κυψελών καυσίμου και παρουσιάζονται τα περισσότερο διαδεδομένα ηλεκτρικά ισοδύναμα κυκλώματα αναπαράστασής τους.Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στις κυψέλες καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (PEMFC), οι οποίες παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον λόγω της μεγάλης πυκνότητας ισχύος, του υψηλού βαθμού απόδοσης, του μικρού χρόνου εκκίνησης, της μεγάλης διάρκειας ζωής καθώς και των χαμηλών σχετικά θερμοκρασιών λειτουργίας που εμφανίζουν. Λόγω των παραπάνω χαρακτηριστικών τους αναμένεται να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στον τομέα των μεταφορών αλλά και σε πλήθος άλλων εφαρμογών στο εγγύς μέλλον.Σε ένα δεύτερο βήμα επιχειρείται η περιγραφή και αναπαράσταση των λειτουργικών χαρακτηριστικών των κυψελών καυσίμου τύπου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (PEMFC) καθώς και η ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου μοντέλου προσομοίωσης κυψέλης καυσίμου υδρογόνου κατάλληλου για αξιόπιστη προσέγγιση της συμπεριφοράς της τόσο σε μόνιμη κατάσταση λειτουργίας όσο και σε περιπτώσεις δυναμικών μεταβολών του φορτίου της. Το μοντέλο αυτό προτείνεται για ενσωμάτωση σε εκτιμητή κατάστασης της κυψέλης ο οποίος είναι απαραίτητος στις εφαρμογές συστημάτων ελέγχου χωρίς αισθητήρες. Στόχος της προτεινόμενης μεθοδολογίας προσομοίωσης της κυψέλης καυσίμου είναι ο σχεδιασμός συστημάτων ηλεκτρικής κίνησης οχημάτων.Τέλος πραγματοποιείται πειραματική επιβεβαίωση των δυναμικών μεταβολών που παρατηρούνται στην συστοιχία κυψελών καυσίμου τύπου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων ισχύος 500 W, η οποία χρησιμοποιήθηκε στο σύστημα ηλεκτρικής κίνησης του πρότυπου ερευνητικού οχήματος εξοικονόμησης ενέργειας «Προμηθέας», το οποίο αναπτύχθηκε από την αντίστοιχη ομάδα του Εργαστηρίου Ηλεκτρικών Μηχανών και Ηλεκτρονικών Ισχύος του ΕΜΠ.