مدلسازی دینامیکی و شناسایی پارامترهای مدل پیل سوختی پلیمری هیدروژن-اکسیژن با رطوبت‌زن یکپارچه

Abstract

پیل سوختی نوعی مبدل انرژی الکتروشیمیایی است که انرژی شیمیایی ذخیره شده در سوخت را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌نماید. ساختار غیرخطی، دینامیک متغیر با زمان و پارامترهای فیزیکی نامعین از چالش‌های کار با پیل‌های سوختی پلیمری می‌باشد. در این مقاله، مدلسازی جعبه خاکستری و شناسایی سیستم پیل سوختی پلیمری هیدروژن-اکسیژن سه سلولی انتها باز با رطوبت‌زن یکپارچه مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا، مدلسازی صفر بعدی غیرخطی سیالاتی، ترمودینامیکی و الکتروشیمیایی پیل سوختی انجام شده است. مدل پیل سوختی ارائه شده در این پژوهش از نوع چند ورودی-یک خروجی می‌باشد. در ادامه، پارامترهای ثابت پیل سوختی مورد مطالعه با استفاده از روش شناسایی پارامتر تعیین گردید. فرآیند شناسایی سیستم بر اساس کمینه‌سازی خطای پیش‌بینی، به روش ناحیه‌های صحیح انعکاسی نیوتن انجام شده است. پیل‌سوختی مورد نظر تحت شرایط مختلف دمای سری، فشار ورودی گازهای واکنش‌دهنده و جریان سری مورد آزمون قرار گرفت و 329420 داده آزمایشگاهی بدست آمده است که با توجه به شرایط آزمایش دسته‌بندی داده‌ها به 189 حالت مختلف صورت پذیرفت. نتایج نشان می‌دهد که میانگین خطای ولتاژ مدل پیل سوختی شناسایی شده در مقایسه با داده‌های آزمایشگاهی برابر با 03/1 درصد می‌باشد. همچنین، همبستگی میان ولتاژ پیل‌سوختی و پارامترهای مدل‌ شناسایی شده بررسی و تحلیل شده است که نتایج نشان داد که همبستگی ولتاژ پیل‌سوختی به مقاومت تماسی معادل هدایت الکترون بیشتر از ضرایب اریفیس‌ها می‌باشد.