chg7 otokhgtruyenthg

Chtrong TO CH~ Y BANG PIN NHIEN LitU 7.1 Gi6i thi~u Pin nhien li~u ho~t dt pin nhien li~u dan t~o sue di~n d{>ng khoang 0, 7V; t'.mg dt,mg thµc t~, nguai ta ghep n6i ti~p nhi~u pin nhien li~u d~ d~t duqc sue di~n d9ng yeu c~u Nhi~t d9 ck thi~t cho sµ ho~t d9ng cua pin nhien li~u PEMFC chi khoang tir 50°C d~n 100°C nen chung c6 th~ khc'Yi d{>ng nhanh Vi v~y pin nhien li~u PEMFC thu hut sµ quan tam cua cac nha san xuftt to ciing nhu cac nha san xuftt cac cvm phat di~n ca nho va ca trung vi ch6ng c6 m~t d9 cong suftt cao, chftt di~n phan riin, tuf>i th9 16n va an mon thftp lfu di~m khac g6m chftt thai s~ch (chi c6 nu&c nhien li~u sir dvng la hydrogen), hi~u suftt cao tren 40% va khong gay 6n lam vi~c Vi v~y, pin nhien li~u PEMFC duqc ua chu9ng tren o to, may bay (cung cftp nang lugng phv), gia dl,lng va cac thi~t bj ck tay 7.2.2 Thanh phfm ciia pin nhien lifu PEMFC Cac be) ph~ chinh cua pin nhien li~u PEMFC duqc giai thi~u tren hinh 7.3 Cvm di~n qrc mang (MEA) g6m c6 mang polimer vm cac di~n cµc va cac l&p khu~ch tan M6i di~n cµc chu y~u bao gbm m{>t l&p h~t xuc tac (thuang la platin phu tren m~t g9p bfutg h~t carbon) va duqc giln ch~t vao mang ding nhu l&p khu~ch tan L&p khu~ch tan duqc ch~ t~o bAng v~t li~u dfui di~n va x6p, cho phep chftt oxy hoa khu~ch tan vao va khoi MEA va nh~ dong di~n sinh nha ti~p di~m gifra di~n cµc va dia luang qrc hen ngoai Them nfra, n6 cho phep nu&c t~o a cµc fun thoat vao cac ranh dftn gas 291 K{lnh dan dong Bia IU'6'ng Cl,l'C Hinh 7.3: Cac b(J ph(m chfnh cua pin nhien li?u PEMFC lu5ng C\JC dUQ'C g9i la dia trut, CO d(> b~n ca hQc cao va co tinh fm dinh hoa hQc Graphite la v~t li~u dugc dung r ph~ xu Ii nhien li~u gQi la reformer Nhfrng bi) ph~ h6 trq vira neu cfui thi6t cho ho~t dl;>ng cua pin PEMFC gQi chung la he thi>ng h6 trq (BOP) He thi>ng giilp luu trii nhien lieu, che bien nhien lieu, ki~m soat nu6c, ki~m soat nhiet va di~u chinh cong sudt d~ d~t duqc cac yeu cAu thiet k~ cua he thi>ng pin nhien li~u 7.2.3.1 Kiim soat nuac Khong c6 he thfing ki~m soat nUOC phu hqp Se t~O S\l mfrt can bfutg giua luqng nu&c sinh va luqng nu&c duqc ldy di tir pin nhien Heu Phai tuy~t d6i dam bao t~t ca cac bQ pl$1 cua pin dugc lam Uat v\ra 00 VI S\I dinh k6t cua mang vao di~n C\IC Cung nhu tu6i thQ cua mang bj anh hut bfiu chua hay tinh vi han nhu b('> lam Am ki~u mang hay b('> b6c hai nu&c Do pin nhien li~u PEMFC ho~t d('>ng a nhi~t de) nho han 100°C a ap suftt trai, nu&c sinh a Cl)'C am a d~g long Tuy S\l' lam fun vira du la quan trc;mg d~ dam bao ho~t d('>ng t6i uu cua pin nhien li~u nhu vira neu, nhung nu&c khong dugc lam ng~p cac di~n qrc vi d6 nu&c c6 th~ can tra S\l' khu~ch tan CUa gas tffi di~n Cl)'C lam giam hi~U qua ho~t dc)ng Cua pin Kh6ng chi nhi¢t a(> Phfin l&n pin nhien li~u PEMFC sir dµng cac dia composite carbon d~ thu gom dong di~n, phan b6 gas va kh6ng ch~ nhi~t d('> Khong lam mat pin dugc th6i b~ng qu~t Nu&c lam mat dugc barn d~n cac tfun tan nhi~t Qu~t va barn dugc dful dc}ng b~ng di~n 3 Luu tru va chi biin nhien li?u Hi~n phuang phap luu tru nhien li~u hydrogen cho pin nhien li~u PEMFC sir dµng ph6 bi~n nh~t la chua binh cao ap Vi v~y h~ th6ng dn c6 be) giam ap va 6n dinh ap suftt Luu tru hydrogen d~g long yeu du binh each nhi~t phu hgp nhung giai phap khong hi~u qua luu trtr va v~ chuy~n nhien li~u so v&i d~ng Mc)t each khac la sir dt,mg cac nhien li~u hydrocarbon hay cbn lam ngubn san xuM hydrogen Khi d6, chung ta dn c6 h~ th6ng ch~ bi~n nhien li~u hay reformer d~ ch~ bien hydrocarbon hay cbn giau hydrogen Luu y r~ng PEM va reformer xuc tac se bi tra ti~p xuc v&i luu huynh va CO (ngay ca C02 ), vi v~y, ck b6 sung h~ th6ng lo~i ho luu huynh nhien li~u tru&c dua vao pin va lo~i bo CO sau reformer Tftt ca nhirng h~ th6ng phµ lam tang kich thu&c, kh6i lugng cua pin va lam giam hi~u qua ho~t d('>ng cua n6 B(> ki~m soat c6ng sudt B('> ki~m soat cong sufit la mc)t h~ th6ng di~n tu ck thi~t d~ bi~n d6i di~n ap m('>t chi~u thfip pin nhien li~u sinh ngubn DC c6 th~ sir dµng dugc hay ngubn AC theo yeu du cua phµ tai Nhi~u h~ th6ng bi~n di~n DC-DC va DC-AC dugc sir dµng be} ki~m soat cong sufit cua pin nhien li~u E>Bi v&i phµ tai sir dµng ngubn di~n mc}t chi~u, nguai ta sir dµng be) bi~n d6i DC-DC d~ nang cao di~n ap ngubn M~t khac, be} bi~n d6i DC-AC 296 duqc sir dµng de bien dBi dong di~n mt}t chiSu pin nhien li~u sinh thrum dong di~n xoay chiSu v6i tAn s6 phu hqp D6i vai nhi~u (mg dµng quan trQng nhu tc,to h,rc keo cho o to chimg hc,tn, ngum ta cAn m()t ti l~ gifra cong sudt d1,l' trfr va cong sudt trung binh khoang 5: (cong sudt cAn thi~t d~ gia t6c xe so v6i cong sudt chc,ty binh thu tac d{>ng nhanh phia am C\fC v6i thai gian tac d{>ng di~u chinh tir 10% d~n 90% cua 50 ms va b9 tac d{>ng nhanh phia duong cµc c6 thai gian tac d{>ng thay d6i tir 10% d~n 90% cua 20 ms cho phep ta tri ap suclt phia cµc am va cµc duong a mt gia tr! cho tru6c D~ dam bao hi~u qua, b(> ki~m soat ap suclt phia cµc duong phai tac dng ca dfrn dng may nen phai lien h~ v6i h~ th6ng quan li cong suclt cua pin nhien li~u d~ giam t6n thclt cong suclt D6i vm h~ th6ng pin nhien li~u SU d\lng hydrogen trµc ti~p, d(> frm tuong d6i cua hydrogen phai duqc giu a muc 100% tru6c dua vao C\fC duong CUa pin nhien li~u d~ dam bao pin hol;lt d(>ng t6t Sµ hfJi luu hydrogen cfrn thi~t d~ tang hi~u qua sfr d\lllg nhien li~u H~ thfJng khfJng ch~ nu6c pin H~ th6ng khfJng ch~ nu6c quy~t dinh hi~u suclt pin nhien li~u H~ th6ng c6 chuc nang sau: - Lam um vira du mang; - Tach lugng nu6c sinh tir phan l'.mg khoi pin; - Lam mat pin d~ dam bao nhi~t d9 v~n hanh t6i uu Tru6c h~t, S\f lam um mang lien quan dSn tinh d~n di~n cua mang c6 anh hu6ng 16n d~n hi~u suclt cua pin a ch~ d(> m~t d9 cong suclt cao Hai la, 298 Pelee : Cong su~t ph\l tai tieu th\l (W) Qcool: Tdc d9 tan nhi~t cua h~ thdng lam mat (b9 trao d6i nhi~t) Oioss: T&c d9 tan nhi~t qua be m~t cua C\lm pin Nang luqng toan b9 c6 the duqc tinh dµa tren toe d(> tieu th\l hydrogen: AH Nlrc H Ptot= mH = /),, -usedLl 2F d6: f),,H (7.4) : Bi~n d6i enthalpie d6i vai hydrogen (285,5kJ molls) ri1H -used: T6c d9 tieu th\l hydrogen Cong su~t di~n sinh duqc tinh theo bieu thuc: (7.5) Pe1ec = Vstlfc T6c d9 tan nhi~t cho nuac lam mat quan h~ trµc ti~p vm luu luqng nu6c di qua bi cua tai lam thay dl>i nhi~t d{> cua Cl,lm pin, di~n ap ct.la pin va dong di~n duqc SU dt,mg nhu d~u vao ben ngoai hay S\J 301 dao d()ng va d6 nhi~t d9 cua C\lm pin c6 the duqc dung nhu d~u thi€t k€ b9 di~u khi€n Cong suit t6ng Ptot ph\l thu('>c vao t6c d9 tieu th\l hydrogen d1,ra tren S\f thay dfii Cua tai Va Cong suit di~n, do, Pelee ph\l thu('>c vao dong di~n tai Cong suit lam mat Qcool va t6n thit nhi~t qua be m~t cua C\lm pin Qloss la ham sf> CUa S\l" bi~n thien nhi~t dQ C\lm pin Vi v~y, phai xem xet ngu6n nang luqng ph\l thu()c m::ich nhi~t tuang duang cua pin nhien li~u duqc trinh bay tren hinh 7.8 7.3.2.2 Luu tru hydrogen va XU ii nhien li?u Pin nhien li~u PEMFC chl:lY b~ng hydrogen, ngu6n nhien li~u d6i dao nh~t tren qua dftt N6 la ch~t kh6ng mau, khong mui, m()t ngu6n nang lm;mg Ii tu6ng vi m~t d9 nang luqng cao D6i v&i h~ th6ng pin nhien li~u duqc cung dp hydrogen tr\fc ti~p, tren xe phai c6 binh chua nhien li~u nen, binh each nhi~t chua H long hay hybrid kim lo::ii luu trfr nang luqng (ES) Phuang phap ph6 bi€n nhftt d~ chua hydrogen tren xe la su dl,lng cac binh nen cao ap de lam tang m~t d9 nang luqng Vftn de 16n nh§.t lien quan d€n giai phap la kh6i luqng va the tich cua binh chua thuemg lam bftng thep hqp kim Nh6m ciing c6 th€ duqc su dl,lng d€ ch~ tl:lo binh chua nhung n6 d~ va va d~t tien Ap suftt binh thung cua to Hinh 7.9 gi6i thi~u sa d6 h~ th6ng pin nhien li~u Ballard MK5E sir d\lng hydrogen tr\l'C ti~p H~ th6ng c6 35 pin dugc m~c n6i ti~p v6i di~n tich b~ m~t 232cm2 • B{> di~n C\l'C mang gdm di~n C\l'C graphite va mang Dow Cac chAt phan (mg (hydrogen va khong khi) dugc lam fun ben b9 pin Va hydrogen dugc hf>i luu C\l'C duong khong dugc dful qua C\l'C fun Ap suftt hydrogen dugc gifr c'Y muc atm c'Y dftu vao C\l'C duong nha b9 fin ap Luu lugng chftt oxy hoa dugc di~u chinh t\l' d{>ng a gia tri khong dbi 4,5 lit/s d6i vm ph\l tai chuong trinh hoa, thong qua luu lugng k~ kh6i lugng dam bao lo~i trir nu6c kh6i C\l'C fun Hydrogen dugc cung dp v6i luu lugng ma n6 tham gia phan trng Nhi~t d9 cua b9 pin dugc c'Y dftu cua khong va dugc tri ph~ vi tir 72°C d~n 75°C bc'Yi nu6c ben d~ t~o cong suftt C\l'C d~i Binh ch(ra hydrogen I _ , _c::L;J Bo dieu r - - - - - - - - - - - I L H2 B"Q pm · n h ren ap Khong [l Khong khi~l.Q_QJ +- Bo kh6ng che IU'U lll'Q'ng khong H2 J lieu PEMFC I - - H Khong + ~>ng CO' di~n dftn d9ng to di~n nang cua pin nhien li~u cung dp D9ng CO' ki~u cam (mg, d(mg ca d6ng b{> nam cham vinh ciru d~u c6 th~ dung cho o to pin nhien li~u Ph~n sau day se mo taro han h~ th6ng dftn d{>ng di~n cua o to pin nhien li~u 303 7.3.3 to chpy b&ng pin nhien lif u 3.1 cdu hinh t6 pin nhien li?u to pin nhien Pin nhien lieu lieu ·Ac cu BO 6i~u khil!n cOng suat \ I DOng co Hinh 7.10: cdu hinh t6 hybrid pin nhien li~u acquy + BO bi~n dien chi~u DC-DC BO bi~n 6ien DC-AC Be) reforming nhien lieu BO pin nhien lieu Nhien lieu hydrocarbon Hinh 7.11: cdu hinh lieu bi~u cua to pin nhien li?u 304 '~·'' ·l~I·•"' _,f., jl~11.f~ I~ ilj Nhu gi6i thi~u tren hinh 7.10 va 7.11, o to pin nhien li~u c6 th~ xem nhu o to hybrid n6i ti~p Pin nhien li~u dugc cung cAp hydrogen tir binh chua cao ap ~uu lugn~ hydrogen va oxygen thay dl>i theo d?ng di~n ch~y q~ pin Cong suat di~n dau cua pin dugc cung cap cho b('> dieu khien cong suat (b('> bi~n d6i cong sllAt) d~ dieu khi~n d()ng ca ~o h,rc keo va phan b6 cong suAt di~n tir h~ th6ng nang lugng ph\l trg ES (acquy hay 1\1 di~n c6 di~n dung 16n) H~ th6ng nang lugng ph\l trg khong nhiing chi cung dp them nang lugng cho to gia t6c ma tich trii nang lugng thu h6i phanh 3 H~ th6ng kiim soat niing lur;ng a6i vai o to pin nhien li~u Sa db M th6ng ki~m soat nang lugng o to pin nhien li~u dugc trinh bay tren hinh 7.12 Bi;> mau · ::f - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ~~~no'~ : -.J Lenh mau khi!n cualaixe ' -: Bi;> b" n men DC-AC r·· -• ~-::: ,~ -'-'- -JI ,. ' - cactaikhOng May men h,Pckeo t~o Barn Barn n116'c He thong bi~n di~n DC-AC bi~n dong di~n m('>t chi~u dong xoay chi~u pha v6i di~n ap va tAn s6 thay d6i Cong suAt cua pin nhien Ii~u cung dugc cung dp cho nhiing ph\l tai khac h~ th6ng hd trg nhu barn, qu~t, may thl>i khi, thong qua b('> bi~n di~n DC-DC khac nhu trinh bay tren hinh 12 H~ th6ng pin nhien li~u cAn dugc m(>t h~ th6ng acquy hd trg khai d('>ng hay xe cAn tai cao tuc thai Acquy hay t\l di~n c6 di~n dung 16n dugc sir 305 d\lflg nhu ngu&n nang lm;mg ph\l trq d&ng thcri thu h&i nang luqng phanh H~ th8ng nang luqng ph\l trg co th~ dugc n~p di~n tu pin nhien xe ch~y bn dinh va phong di~n xe tang tai d(>t ng(>t Qua trinh di~n ph6ng di~n duqc thµc hi~n boi b(> ph~ di~u khi~n n~p/ph6ng acquy thong qua b(> bi~n di~n DC-DC hai chi€u (hinh 7.13) He th6ng pin nhien lieu Bi) tang ap DC-DC li~u n~p cua Bi) bien dien pha I IC" I Hinh 7.13: Sa a6 h? th6ng quan li nt:'ing lu(lng cua o to pin nhien li?u chS d(> tang ap, cong t~c S2 va diode D b~t, do, t\l di~n c6 di~n dung l6n hay acquy c6 th~ cung d.p nang luqng; o ch~ d{> n~p di~n, cong t~c SI va diode 02 b~t va nang luqng tai sinh tu qua trinh phanh duqc n~p vao h~ th6ng nang luqng ph\l trg 3 D(jng ca difn vii b(j di~u khiin d(jng ca a6i vm o to pin nhien li?u to su d\lflg pin nhien li~u co nhfrng b(> ph~ su d\lflg di~n ap 300-400V nhu d{>ng ca t~o lµc keo, h~ th6ng biSn di~n, acquy, biSn di~n DC-DC, Cong sudt d(>ng ca di~n cua o to pin nhien li~u n~.m khoang 75 d~n 120 kw vm nhfrng ti~n b(> vugt b~c linh vµc di~n tu cong sudt, vi di€u khiSn cho phep SU dl)ng d{>ng CO" AC cam (mg va d{>ng CO" khong chf>i than tren to pin nhien li~u Thong thucrng, hai lo~i d