طراحي بهينه سيستم كنترل براي مديريت آب و توان در پيل سوختي

پيل سوختي وسيله‌اي است كه انرژي شيميايي سوخت را مستقيماً به انرژي الكتريكي تبديل مي‌كند.گاز هيدروژن به دليل تمايل واكنش دهندگي بالا، فراواني و عدم آلايندگي محيط زيست، به عنوان سوخت ايده‌آل در پيل‌سوختي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين مقاله براي رسيدن به اين هدف مدل يك بعدي براي پيل سوختي بر پايه قوانين فيزيكي حاكم بر آن، ارائه شده است. اين مدل شامل اثرات گذراي اينرسي و جريان كمپرسور، پر شدن مجاري (براي هر دو بخش كاتد و آند)، فشار جزئي واكنش دهنده¬ها و رطوبت غشا مي¬باشد.الكترود كاتد نيز مشابه الكترود آند شامل لايه نفوذ گاز و لايه كاتاليستي كه بر روي آن بارگذاري مي¬شود ‌است. بر روي سطح الكترود كاتد، الكترون بازگشتي از مدار خارجي با يون عبوري از لايه الكتروليت و اكسيد كننده تركيب و آب تشكيل مي¬شود. چهار راهكار كنترليبراي مقابله با تشكيل آب مايع در كاتد پيشنهاد شده كه با توجه به نتايج حاصل از شبيه¬سازي افزايش سطح مقطع گلوگاه كاتد به¬عنوان بهترين روش براي مقابله با مشكل تشكيل آب مايع در كاتد پيشنهاد شده است. براي دست يابي به بازدهي بالا در جريان¬هاي مختلف، سيستم كنترلي بايد مقدار هوا را در مقدار بهينه آن تنظيم نمايد كه سيستم¬هاي كنترلي مورد استفاده عبارتند از: كنترلر هاي كلاسيك (PI, PD,PID) با روش هاي مختلف از قبيل فضاي حالت، تحليل فركانسي، LQR. آهنگ افت توان بواسطه تغيير دبي هيدروژن براي مقابله با تشكيل آب مايع در كاتد به طور متوسط 74 درصد بيشتر از آهنگ افت توان بواسطه تغيير سطح مقطع گلوگاه مي¬باشد.