Sayısallaştırıcı Kartlar, Gerçek Dünya Verileri İçin Hidrojen Yakıt Hücresi Teknolojisini Geliştiriyor









Yeni bir bilgisayar modeli, araştırmada büyük bir maliyet ve zaman avantajı vaat ediyor

Hidrojen yakıt hücreleri, özellikle otomotiv ve ağır hizmet kamyonları ve otobüsler gibi mobil uygulamalar için karbon emisyonlarının azaltılmasında önemli bir rol oynayacaktır. Tek emisyonu su buharına sahip olan yakıt, bol miktarda bulunan ve yenilenebilir enerji kullanılarak üretilebilen hidrojendir. Ancak, şu anda, gelişmekte olan bu teknoloji pahalıdır. Almanya, Duisburg’daki hidrojen ve yakıt hücresi merkezi olan ZBT GmbH, hidrojen yakıt hücrelerinin tasarımını geliştirmek için devam eden bir araştırma projesine sahiptir. Bir yakıt hücresinin bilgisayar modelini oluşturduktan sonra, bir test tezgahında farklı yakıt hücrelerinin performansını analiz etmek için Spectrum Instrumentation’dan 8 kanallı sayısallaştırıcı M2i.4652 kullanıyorlar ve sanal hücre modelini geliştirmek için gerçek dünya verileri sağlıyorlar.

Dr.-Ing. Yakıt Hücresi Sistemleri Simülasyonları ve Kontrolleri Grup Lideri Sönke Gössling, “Yakıt hücresinin bilgisayar modeli çok karmaşıktır, öyle ki, hangi değişikliklerin performans iyileştirmeleri sağladığını görmek için performansını etkileyen birçok değişkeni ayarlayabiliriz. Ancak bunlar sadece teoriktir, bu nedenle test tezgahı gerçek dünya parametrelerindeki değişikliklerin performansı nasıl etkilediğini görmemizi sağlar. Her saniyenin hızına ilişkin veri yakalamanın bize ihtiyacımız olan ince ayrıntı düzeyini sağlamadığını çabucak fark ettik.”

“Artık, veri hızı yakalamamızı saniyede üç mega örneğe önemli ölçüde iyileştiren ve aynı zamanda yirmi eşzamanlı veri kanalına sahip olan üç Spectrum sayısallaştırıcı kullanıyoruz. Bu, dinamik adım değişikliklerini analiz etmemizin yanı sıra üst üste bindirilmiş yüksek frekansları inanılmaz bir ayrıntı düzeyinde analiz etmemizi sağlar. Kartların birbirleriyle senkronizasyonu ve test tezgahı ortamına bağlantı sezgiseldi ve komplikasyonsuzdu. Kartların performansı ve kalitesi birinci sınıf ve ilk günden itibaren mükemmel çalıştılar.”

Ölçümler, yakıt hücresinin içindeki süreçler hakkında bir fikir edinmeyi mümkün kılar. Yakıt pili içerisinde süreçlerin hangi dinamiklerle nasıl dağıldığı sorusuna cevap verirler. Bu, örneğin dinamik operasyonda yerel yetersiz beslemeyi önlemek veya çalışma koşullarını odaklanmış bir şekilde optimize etmek için çok önemlidir. Bilgisayar modeli verilerle doğrulanabilirse, genel olarak modelin tahminlerinin güvenilirliği artar. Sonuç olarak, geliştirme ve optimizasyon süreçleri giderek artan bir şekilde sanal olarak gerçekleştirilebilir ve bu da büyük bir maliyet ve zaman avantajı vaat eder. Dr.-Ing. Gössling, “Tahminleri gerçek dünya sonuçlarıyla doğrulamak, bilimsel yöntemin hayati bir parçasıdır ve yakıt hücrelerinin maliyetlerini önemli ölçüde azaltma hedefimize ulaşmak için yakıt hücresi tasarımını iyileştirmemize gerçekten yardımcı olacaktır. ekonomik ve rekabetçi.”

Gelişmelerin özü, yakıt hücresinin katot yolu boyunca tüm bileşenlerin doğru dinamik haritalanmasıdır. Bu modeller temelinde, kompresörün, gaz kelebeğinin ve ayrıca yakıt hücresi yükünün etkileşimini kontrol eden tahmine dayalı bir kontrol modeli geliştirilmiştir. Bu, aynı hizmet ömrünü korurken verimliliği artırmak için yakıt hücresinin bütünsel çalışmasını optimize etmek için kullanılır.

Çevre birimleri de dahil olmak üzere yakıt hücresinin özel olarak hazırlanmış dinamik modelleri ile model tabanlı kontrol yöntemleri kullanılarak, yakıt hücresinin avantajlarından en iyi şekilde yararlanılır. Bir yandan, yakıt hücresinin çalışma noktası, mümkün olduğu kadar enerji verimli olacak şekilde seçilebilir; öte yandan, yakıt hücresinin çalışma parametresine bağlı stratejisi, çalışma aralığının genişletilmesini sağlar ve böylece hizmet ömrünün istenmeyen şekilde kısalmasını önler.

Hidrojen yakıt hücresi teknolojisi

Yakıt, tipik olarak platin gibi bir katalizör yardımıyla havadaki oksijenle reaksiyona giren hidrojen gazıdır. Bu reaksiyon, araca veya diğer cihazlara ısı ve su buharının yan ürünleriyle güç sağlamak için elektrik üretir. Yakıt pilleri, yakıttaki kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmede yanmaya dayalı teknolojilere göre çok daha verimlidir. Ayrıca hidrojen, yenilenebilir elektrikle elektroliz yoluyla üretilebilir ve böylece karbon emisyonu içermeyen bir enerji geçişinin parçası olabilir.

Yakıt hücresinin anotuna hidrojen, katoda ise hava beslenir. Anottaki bir katalizör, hidrojen atomlarını, katoda farklı yollar izleyen protonlara ve elektronlara ayırır. Elektronlar harici bir devreden geçerek bir elektrik akışı oluşturur. Protonlar elektrolitten katoda göç ederler ve burada oksijen ve elektronlarla birleşerek su ve ısı üretirler.

Yakıt hücresi tasarımının değişkenleri

Anahtar karar, optimum çıktı için yakıt hücresinin boyutunu seçmektir. Daha büyük hücreler, daha büyük bir katalizör yüzey alanı olduğu için daha fazla güç çıkışı sağlar, ancak bu, özellikle tipik katalizör olarak platin ile ağırlığı ve maliyeti artırır. Yakıt hücresi yığınındaki elektrotlar arasındaki boşluğun ayarlanması ve hücre içinden gaz akışının iyileştirilmesi, katalitik reaksiyonu ve dolayısıyla boyutu artırmak yerine performansı iyileştirebilir. Optimize edilen bir diğer faktör, atık su buharının katalitik yüzeyleri bloke etmesini önlemek için hücre dışına hareketidir. Aşırı ısınmayı önlemek için ısının diğer atık ürününün de hücreden verimli bir şekilde uzaklaştırılması gerekir.

dayanıklılık

Test tezgahı, zaman içinde yakıt hücrelerinin performansını etkileyecek gerçek dünya çalışma koşullarının araştırılmasını sağlar. Bunlar, başlatma ve durdurmanın neden olduğu değişen yük koşullarını ve araçların çalıştığı aşırı sıcaklık ve nem ile başa çıkmayı içerir. Bunlar, zamanla yakıt hücresi sistemi malzemelerinin mekanik stabilitesini zorlayabilir. Yakıt hücresi uygulamaları uzun çalışma ömürleri gerektirdiğinden bu önemlidir. Örneğin, Amerikan Enerji Bakanlığı, gerçekçi çalışma koşulları altında yakıt hücresi sistemi ömrü için nihai hedefleri hafif hizmet araçları için 8.000 saat, ağır hizmet kamyonları için 30.000 saat ve dağıtılmış güç sistemleri için 80.000 saat olarak belirlemiştir.

Bu proje hakkında daha fazla ayrıntı için, okuyun Burada


Önerilen makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir