›
›

Luận án Điều khiển mạch nạp cho bộ điện phân sử dụng trong pin nhiên liệu

pdf 24 trang hapham 2160
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận án Điều khiển mạch nạp cho bộ điện phân sử dụng trong pin nhiên liệu", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfluan_an_dieu_khien_mach_nap_cho_bo_dien_phan_su_dung_trong_p.pdf

Nội dung text: Luận án Điều khiển mạch nạp cho bộ điện phân sử dụng trong pin nhiên liệu

  1. LULUẬẬNN VVĂĂNN TTỐỐTT NGHINGHIỆỆPP Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, Đ H Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh TờnTờn đđềề ttààii ĐIỀU KHIỂN MẠCH NẠP CHO BỘ ĐIỆN PHÂN SỬ DỤNG TRONG PIN NHIấN LIỆU GVHGVHDD:: TTh.Sh.S TrTrầầnn CụngCụng BiBinhnh SVSVTTH:H: TrTrầầnn VVăănn DinhDinh 1/2008
  2. NNộộii ddungung chchớớnhnh Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh 1 Bộ điện phõn (Electrolyzer) vàPin nhiờn liệu (Fuel cell) 2 Bộ biến đổi cụng suất nạp điện cho Bộ điện phõn 3 Mụ hỡnh 4 Kết quả, hướng phỏt triển và ứng dụng 1/2008
  3. Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh 1 Pin nhiờn liệu (Fuel Cell) Bộ điện phõn (Electrolyzer) 1/2008
  4. 1 Pin nhiờn liệu vàBộ điện phõn Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Hoạt động của Pin nhiờn liệu + - + - 4H + 4e + O đ 2H O H 2 đ 2H + 2e 2 2 2H2 + O2 = 2H2O Pin nhiờn liệu tổng hợp Hydro vàOxy thành nước, trong quỏtrỡnh đú sinh ra dũng điện cung cấp cho cỏc thiết bị điện hoạt động 1/2008
  5. 1 Pin nhiờn liệu vàBộ điện phõn Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Hiệu Chất Nhiệt độ Phõn loại xuất Nhiờn liệu điện phõn hoạt động Pin nhiờn liệu điện Alkaline Từ “nhiệt độ 60% H Kiềm (KOH) 2 phũng” đến 900C Fuel cell (AFC) 70% O2 Proton Exchange H Membrane Fuel cell Màng trao đổi Từ “nhiệt độ 40% 2 Proton phũng” đến 800C 60% O , Khụng khớ (PEMFC) 2 Direct Methanol Màng trao đổi Từ “nhiệt độ 20% CH3OH Proton phũng” đến 1300C 30% Fuel cell (DMFC) O2 , Khụng khớ Phosphoric Acid Axit Phosphoric Gas thiờn nhiờn, bio gas, H Từ 160 đến 2200C 55% 2 Fuel cell (PAFC) (H3PO4) O2 , Khụng khớ Molten Carbonate Gas thiờn nhiờn, bio gas, Na2CO3, K2CO3 0 Fuel cell (MCFC) Từ 620 đến 660 C 65% gas than đỏ, H2 núng chảy O2 ,Khụng khớ Solid Oxide Gas thiờn nhiờn, bio gas, Ziriconi Oxit Từ 800 đến 60% gas than đỏ, H Fuel cell (SOFC) 0 2 (ZrO2) rắn 1000 C 65% O2 , Khụng khớ 1/2008
  6. 1 Pin nhiờn liệu vàBộ điện phõn Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Pin nhiờn liệu vàvấn đề mụi trường Hydrocacbon Tài nguyờn khụng tỏi sinh Dầu mỏ, khớthiờn nhiờn, Đồng thời thải ra CO2 Ảnh hưởng đến nguồn Methanol: lương thực của con người HH2 Tinh bột, đường, Đồng thời thải ra CO2 Chuyển CO từ nơi sử dụng Khụng tỏi sinh được: 2 dạng năng lượng này đến Than đỏ, dầu mỏ, nơi sản xuất H Năng khớgas, nguyờn tử, 2 Vẫn thải ra CO2 Điện phõn lượng điện nước cung Tỏi sinh được: Nguồn năng lượng vụ tận cấp Nước, giú, mặt trời, Khụng thải ra CO2 Súng, địa nhiệt, Thõn thiện với mụi trường 1/2008
  7. 1 Pin nhiờn liệu vàBộ điện phõn Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Nạp nhiờn liệu (Methanol) cho Pin nhiờn liệu 1/2008
  8. 1 Pin nhiờn liệu vàBộ điện phõn Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Hoạt động của Bộ điện phõn PEM Điện ỏp Vdc ≥ 1,23Vdc 1,23V(điện ỏp phõn ly H2O) * PEM gồm lớp teflon được sulfonic húa bởi nhúm chức SOH3. * PEM chỉ cho proton H+ đi qua. Bộ điện phõn làthiết bị dựng để chuyển húa điện năng thành húa năng Bộ điện phõn tỏch nước thành H2 vàO2khi cú dũng điện DC đi qua 1/2008
  9. 1 Pin nhiờn liệu vàBộ điện phõn Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Tớch trữ H2 vàO2 Sợi nano carbon (đang trong giai đoạn nghiờn cứu) Áp suất cao Húa lỏng Dạng Kim loại Hydrua O2 H2 Mụ hỡnh hệ thống tớch trữ năng lượng sử dụng Pin nhiờn liệu 1/2008
  10. Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh 2 Bộ biến đổi cụng suất 1/2008
  11. 2 Bộ biến đổi cụng suất Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Giới thiệu Chức năng: nhận năng lượng điện từ nguồn ngoài dưới dạng DC khụng điều khiển được U, I sang dạng năng lượng điện DC cúU và I điều khiển được. Nhận cỏc tớn hiệu điều khiển từ khối điều khiển vàtạo ra dũng điện với cường độ thớch hợp cung cấp cho bộ điện phõn. Mạch CUK (Buck -Bosst): cúthể giảm – tăng điện ỏp. Khối điều khiển: Dựng DSP TMS320F2812. Cảm biến: đo điện ỏp và dũng điện (cảm biến Hall). 1/2008
  12. 2 Bộ biến đổi cụng suất Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh DSP TMS320F1812 Vi điều khiển TMS320F2812 làphiờn bản mới nhất của thế hệ DSP TMS320C28xTM TMS320C28xTM được thiết kế đặc biệt xử lý thời gian thực cho phộp thực hiện cỏc kỹ thuật điều khiển hiệu quả nhất. Cỏc ngoại vi tớch hợp trờn chip nờn hoạt động linh hoạt trong ứng dụng điều khiển số động cơ, nguồn điện, 1/2008
  13. 2 Bộ biến đổi cụng suất Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Cấu trỳc DSP TMS320F2812 2 khối quản lý sự kiện cú đến 16 kờnh PWM ADC 12bit, 16 kờnh MUX ngừ vào Đến 56 chõn ngoại vi đa năng (GPIO) Nhõn 32bit dấu chấm tĩnh Tốc độ cao 150MHz (6.67ns) Tớnh toỏn 16x16 và32x32bit Ngoại vi cổng nối tiếp Kiến trỳc Bus Harvard Xử lý và đỏp ứng ngắt nhanh 1/2008
  14. Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh 3 Mụ hỡnh 1/2008
  15. 3 Mụ hỡnh Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Cảm biến Cuk Converter Hall Bộ điện Cảm phõn biến Hall Mạch Mạch Mạch kớch phõn phõn Biến trở ỏp ỏp điều chỉnh giỏ trị đặt Mạch cỏch ly Mạch đệm ADC PWM ADC eZdsp KIT TMS320F2812 1/2008
  16. 3 Mụ hỡnh Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh 1/2008
  17. 3 Mụ hỡnh Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Lưu đồ giải thuật 1/2008
  18. Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh 4 Kết quả, ứng dụng và hướng phỏt triển của đề tài 1/2008
  19. 4 Kết quả Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Áp ra khụng đổi 24V, Tải khụng đổi (búng dốn 24V -10 W), ỏp vào thay đổi Iin (A) 1.0 Vout (V) 25 0.9 0.8 20 0.7 0.6 15 0.5 0.4 10 0.3 5 0.2 Áp ra 24Vdc Iin 0.1 Vin (V) 0 0.0 101520253035 1/2008
  20. 4 Kết quả Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Dũng ra khụng đổi 0.5A, Tải thay đổi, ỏp vào khụng đổi 0.7 Iout(A) Iout Vout Vin V(V) 25.0 0.6 20.0 0.5 15.0 0.4 0.3 10.0 0.2 5.0 0.1 R(Ohm) 0.0 0.0 0.05.010.015.020.025.030.035.0 1/2008
  21. 4 Kết quả Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Áp ra khụng đổi 0.5A, Tải thay đổi, ỏp vào khụng đổi 25.0 V(V) Iout(A) 0.6 0.5 20.0 0.4 15.0 0.3 10.0 0.2 5.0 0.1 Vout Vin Iout R(Ohm) 0.0 0.0 20.022.024.026.028.030.032.034.036.0 1/2008
  22. 4 Kết quả Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Nhận xột hệ thống Ưu điểm Hệ thống vận hành được ở cỏc chế độ khỏc nhau cúthể cung cấp điện cho bộ điện phõn Khuyết điểm Đề tài thiết kế được mạch Cuk nhưng hoạt động ở cụng suất nhỏ Chưa thiết kế mạch bảo vệ cho mạch Cuk 1/2008
  23. 4 Ứng dụng Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Hệ thống ứng dụng để nhận năng lượng từ nguồn DC (Pin quang điện, mỏy phỏt điện dựng năng lượng giú, ), nguồn AC đó qua chỉnh lưu nạp năng lượng cho Bộ điện phõn. Hệ thống cúthể dựng để điều khiển điện ỏp và dũng điện của Pin nhiờn liệu cung cấp cho tải. Nhiờn liệu do Bộ điện phõn tạo ra làHydro vàOxy dựng cho Pin nhiờn liệu Ngoài ra cúthể dựng cho cỏc mục đớch khỏc như trong y tế, 1/2008
  24. Ngành Kỹ Thuật Điện, Khoa Điện – Điện Tử, ĐH Bỏch Khoa Tp Hồ Chớ Minh Xin chõn thành cảm ơn! 1/2008