توصيفگر ها :
وسايل نقليه پيل سوختي , رويكرد اكتشافي مبتني بر قانون , تعيين ظرفيت اجزا , استراتژي كنترل , مصرف سوخت , راندمان
چكيده فارسي :
استفاده از سوخت هاي فسيلي در زندگي روزمره مي‌تواند يكي از دلايل اصلي تغييرات اقليمي و آلودگي¬ها به ويژه در حوزه حمل و نقل باشد. علاوه بر اين، تاثير شديد اين آلودگي‌ها بر سلامت انسان و چالش اتمام منابع فسيلي، بشر را به سمت استفاده از منابع تجديدپذير سوق داده است. به طور كلي عواملي مانند كاهش ذخاير سوخت فسيلي، نگراني‌هاي امنيت انرژي و افزايش گرماي جهاني نياز به جايگزيني وسايل نقليه احتراق داخلي را نشان مي‌دهند. با توجه به اينكه خودروهاي پيل سوختي داراي آلودگي تقريبا صفر و همچنين سازگار با محيط زيست هستند مي‌توانند جايگزين مناسبي براي خودروهاي با موتور احتراق داخلي باشند. پيشرفت در فناوري پيل‌هاي سوختي، فرصت‌هاي جديدي را براي حمل و نقل پايدار و كارآمد ايجاد كرده است. اين فناوري امكان استفاده از سوخت‌هاي پاك و پايدار مانند هيدروژن را فراهم مي‌كند كه باعث كاهش گرمايش جهاني و انتشار آلاينده‌ها مي‌شود. اما با اين حال، براي رسيدن به اين هدف و تجاري‌سازي استفاده از پيل‌هاي سوختي در وسايل نقليه، بايد به چالش‌هاي فني، اقتصادي و عملي موجود از جمله اندازه‌گيري ظرفيت اجزا، توزيع انرژي و دوام در اين حوزه پرداخته شود. اين مطالعه روش جديد اكتشافي مبتني بر قانون براي تعيين ظرفيت اجزا و توزيع توان خودرو پيل سوختي، براي بهبود طول عمر پيل سوختي، كاهش مصرف سوخت و افزايش استفاده از ترمز احيا كننده پيشنهاد مي‌كند. پياده سازي روش جديد مورد بررسي در اين پژوهش با استفاده از مدل‌سازي خودرو توسط دو رويكرد شبكه عصبي مصنوعي و متلب/سيمولينك انجام گرفته است. تعيين ظرفيت اجزا خودرو با تكيه بر داده‌هاي تجربي موجود از خودرو تويوتا ميراي با استفاده از طراحي شبكه عصبي مصنوعي انجام گرفته، سپس مدل تاييد شده براي ارزيابي تقاضاي توان خودرو در چرخه هاي رانندگي استاندارد و مسيرهاي مختلف پياده سازي شده است. روش پيشنهادي، ظرفيت دسته‌هاي پيل سوختي را بر مبناي كاركرد حداكثري سيستم با بيشترين راندمان در توان ميانگين چرخه‌هاي رانندگي، همچنين ظرفيت باتري ولتاژ بالا را بر مبناي تامين توان گذرا توسط اين سيستم، تعيين مي‌نمايد. با پياده‌سازي اين رويكرد، حداكثر توان پيل سوختي، اندازه باتري ولتاژ بالا و موتور الكتريكي به ترتيب 96 كيلووات، 3.05 كيلووات ساعت و 60 كيلووات در نظر گرفته شده است. علاوه بر اين، اين مطالعه با استفاده از مدل سازي خودرو در نرم افزار متلب/سيمولينك تاثير تغيير ظرفيت اجزا بهينه شده و تغيير استراتژي توزيع توان خودرو بر مصرف كلي سوخت را نيز ارزيابي مي‌كند. نتايج به كارگيري استفاده از اين روش نشان دهنده بهبود قابل توجه با كاهش مصرف سوخت در محدوده 10 تا 21 درصد در شرايط رانندگي مختلف مي‌باشد. .در پايان اين مطالعه، تحليل اقتصادي، يافته‌هاي قانع كننده اي را در مورد اجراي استراتژي جديد نشان مي‌دهد. به طور خاص، نشان مي‌دهد كه اتخاذ اين استراتژي مي تواند منجر به كاهش قابل توجه هزينه اوليه خودرو به ميزان 1328 دلار شود. علاوه بر اين، كاهش قابل توجهي در مصرف سوخت سالانه به ميزان 691 دلار وجود دارد، كه بر پتانسيل صرفه جويي بلند مدت تاكيد مي‌كند. اين امر بر اثربخشي روش پيشنهادي نه تنها در رسيدگي به چالش هاي فني بلكه در دستيابي به پيشرفت هاي ملموس عملكرد در سناريوهاي دنياي واقعي نيز تأكيد مي كند.
چكيده انگليسي :
The use of fossil fuels in everyday life can be one of the main reasons for climate change and pollution, especially in the transportation sector. Furthermore, the severe impact of these pollutants on human health and the challenge of depleting fossil resources have pushed humanity towards using renewable resources. Generally, factors such as the reduction of fossil fuel reserves, energy security concerns, and global warming indicate the need to replace internal combustion engine vehicles. Considering that fuel cell vehicles have nearly zero emissions and are environmentally friendly, they can be a suitable replacement for internal combustion engine vehicles. Advances in fuel cell technology have created new opportunities for sustainable and efficient transportation. This technology enables the use of clean and sustainable fuels such as hydrogen, which reduces global warming and pollutant emissions. However, to achieve this goal and commercialize the use of fuel cells in vehicles, existing technical, economic, and practical challenges such as component sizing, power distribution, and durability in this field need to be addressed.The proposed study presents a novel approach to determining the optimal component sizes and power distribution for a vehicle, taking into account various power sources in order to prolong the lifespan of the fuel cell stack. Moreover, this technique aims to increase the vehicle's overall fuel economy. The available experimental data of Toyota Mirai has been used to model the vehicle in the MATLAB-SIMULINK software. The validated model is implemented to evaluate the vehicle power request in different standard driving cycles and routes to size the vehicle components. The arithmetic average of the steady power of different driving cycles and routes has been attributed to the fuel cell stack's maximum efficiency point. The battery size should support the requested dynamic power in any situation. Thus, the maximum power of the fuel cell stack, the high voltage battery size, and the electric motor maximum power are assigned as 96 kW, 3.05 kWh, and 59 kW, respectively. The results of fuel consumption of the vehicle is also improved at least by 10% up to 21% in different driving conditions. Economic analysis reveals that adopting this strategy can lead to a substantial reduction in the initial vehicle cost by $1,328. The operational cost has also decreased 691$ annually due to lower fuel consumption of the new strategy implementation. These advancements along with better fuel cell stack durability hold promise for prospective buyers, allowing for greater accessibility and financial flexibility.
