تحليل عملكرد سامانه پيل سوختي غشا پليمري در خودرو

Performance Analysis of a Polymer Electrolyte Fuel Cell System for Automotive Application

در اين مطالعه، يك نوع پيل سوختي غشا پليمري براي كاربرد در خودرو تحليل گرديده و در اين راستا متغيرهاي اثر گذار بر عملكرد پيل از قبيل درصد رطوبت، نرخ جريان، دما و فشار گازهاي ورودي و همچنين مديريت آب و حرارت كه از چالش‌هاي اصلي اين پيل‌ها مي باشد، بررسي شده است. بدين منظور، معادلات پيوستگي، مقدار حركت، بقا اجزاي، انرژي و شارژ به همراه روابط سينتيك الكتروشيميايي در نواحي مختلف پيل به صورت الگوي تك ناحيه‌اي تدوين و به روش عددي حل شده-اند و منحني هاي ولتاژ و چگالي توان بر حسب چگالي جريان پيل در شرايط عملكردي مختلف به دست آمده است. نتايج نشان مي دهد كه افزايش فشار و دما در تمامي ولتاژهاي خروجي پيل باعث بهبود عملكرد پيل مي‌شود. در ولتاژهاي خروجي بالا كه تغيير فاز در پيل سوختي اتفاق نمي‌افتد، افزايش درصد رطوبت و كاهش نرخ جريان ورودي بر عملكرد پيل تاثير مثبت مي‌‌گذارد؛ اما در ولتاژهاي خروجي پايين، عملكرد پيل با افزايش درصد رطوبت و كاهش نرخ جريان كاهش مي يابد. همچنين افزايش فشار، درصد رطوبت ورودي و نرخ جريان منجر به اتلاف بخشي از توان توليدي پيل سوختي مي‌گردد.

In this study a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) model is analyzed for automotive application and the parameters that are affecting its performance such as relative humidity, mass flow rate, temperature and pressure of inlet gases also, heat and water management are major issues in these ceils are investigated. Here, the equation of continuity, momentum, conservation of spices, energy, charges together with electrochemical kinetic for all regions within the cell is developed as a single-domain and solved numerically. The voltage and power density profiles are derived in terms of current density for different operating conditions. The result in¬dicates that increasing temperature and pressure for all output voltages would improve cell performance. For high voltages where there is no phase changes in the cell, increasing the percentage of humidity and reducing mass flow rate would have a positive effect on cell performance, but at low output voltage by increasing rela¬tive humidity and reducing mass flow rate would hamper cell performance. Also increasing inlet pressure, humidity and mass flow rate results in partial power loss of fuel cell.