Pem yakıt hücreli taşımacılık sistemlerinde enerji yönetimi ve kontrol stratejilerinin optimizasyonu

Proton Değişim Membranlı Yakıt Hücreleri (PEMFCs), özellikle ulaşım uygulamalarında temiz enerji dönüşümü için umut vadeden bir teknolojidir. Ancak, verimli işletimleri; su ve ısı yönetimi, bozulma altındaki güç dağılımı ve hibrit enerji sistemlerinin kontrolü gibi bir dizi zorluğun üstesinden gelmeyi gerektirir. Bu tez, giriş ve sonuç bölümleri dahil olmak üzere beş bölümden oluşmakta olup, PEMFC sistem optimizasyonunun temel üç yönünü ele alan üç ana teknik bölüm içermektedir. İlk teknik bölümde, PEMFC yığınlarında su ve ısı yönetimi incelenmiş ve gözetimli Model Öngörücü Kontrolcü (MPC) ile yerel PID nem kontrolcülerin entegre edildiği yenilikçi bir kontrol çerçevesi önerilmiştir. Uygun Nem Değerleri Grafikleri (FHP) kavramı tanıtılarak, anot ve katot göreceli nemleri için işletme sınırları tanımlanmış, böylece su dengesi ve sıcaklık kontrolünde dayanıklı bir yaklaşım sağlanmıştır. Simülasyon sonuçları, istenen referansların başarılı şekilde takip edildiğini, dış bozulmalara karşı dirençli ve yakıt hücresi yaşlanmasına rağmen model belirsizliklerine karşı dayanıklı olduğunu göstermiştir. İkinci bölümde ise, zamanla değişen elektron transfer katsayısı RLS-Kalman filtresiyle gerçek zamanlı olarak tahmin edilerek yakıt hücresi yığınının bozulma etkileri dikkate alınarak, iki PEMFC yığını arasında güç paylaşımını optimize eden gerçek zamanlı bir strateji geliştirilmiştir. Hidrojen geçişi etkileri de modele dahil edilerek verimlilik ve hidrojen tüketimi optimize edilmiş, geleneksel eşit dağıtım ve zincirleme dağıtım stratejilerinden üstün performans elde edilmiştir. Bu çerçeve, çoklu yığınlar ve farklı amaç fonksiyonları için uyarlanabilirliği simülasyonlarla doğrulanmıştır. Üçüncü teknik bölümde, birden fazla PEMFC yığını ve batarya entegre edilen Yakıt Hücreli Hibrit Elektrikli Araçlar (FCHEVs) için enerji yönetimi ele alınmıştır. İki katmanlı hiyerarşik bir kontrol şeması sunulmuş; yavaş yakıt hücresi sistemi ile hızlı batarya arasındaki güç dağılımını gerçekleştiren çift hızlı ekonomik MPC ve bozulmayı göz önünde bulunduran yığın güç dağılımı kontrolcüsü geliştirilmiştir. Simülasyonlar, önerilen yöntemin karşılaştırmalı stratejilere kıyasla hidrojen tüketimini önemli ölçüde azalttığını göstermiştir. Tez boyunca sunulan bulgular, PEMFC sistem kontrolü ve optimizasyonu alanında mevcut durumu ileriye taşıyarak, endüstriyel ve ulaşım sektörlerinde sürdürülebilir ve verimli yakıt hücresi uygulamalarını desteklemektedir.