TonyChoper
Tài xế O-H
Mới tìm hiểu về ôtô, thấy bài viết này cũng hay nên Google translate, giúp mình và giúp AE mới bắt đầu hiểu thêm ... có một số thuật ngữ chưa hiểu xin AE đóng góp thêm. Let's go !!!!!!!!!
IV. FCVs
Hệ thống đẩy xe dựa trên tế bào nhiên liệu
Với sự tiến bộ trong công nghệ tế bào nhiên liệu, ngày càng có nhiều mối quan tâm trong việc sử dụng tế bào nhiên liệu cho động cơ đẩy, công suất trên xe (power generation) và phát điện cố định (stationary power generation). Ưu điểm của xe chạy bằng tế bào nhiên liệu (fuel cell) so với xe ICE là [30].
• Sử dụng chuyển đổi năng lượng trực tiếp (không đốt cháy).
• Không có bộ phận chuyển động, yên tĩnh và linh hoạt nhiên liệu.
• Sử dụng năng lượng thấp, tạo ra ô nhiễm không khí thấp và sử dụng nhiên liệu thay thế.
• Không có thay đổi mạnh về hiệu quả theo kích thước của hệ thống và tải một phần.
• Làm giảm lượng khí thải CO2 khoảng 75% và các chất độc hại khác.
Một hệ thống tế bào nhiên liệu được thiết kế cho các ứng dụng động cơ đẩy phải có trọng lượng, thể tích, mật độ năng lượng, khởi động và phản ứng nhất thời tương tự như các phương tiện dựa trên ICE ngày nay. Các yêu cầu khác là: 1) hiệu suất rất cao trong một thời gian ngắn; 2) tăng tốc nhanh; 3) tiết kiệm nhiên liệu tốt; và 4) dễ dàng truy cập và cân nhắc an toàn đối với việc xử lý nhiên liệu. Chi phí và tuổi thọ dự kiến cũng là những chú ý quan trọng.
Một hệ thống đẩy xe chạy bằng tế bào nhiên liệu điển hình được thể hiện trong hình 6. Điện áp đầu ra của fuel-cell stack được điều hòa để tương thích với điện áp battery sử dụng bộ chuyển đổi năng lượng, có thể là một bộ chuyển đổi lên/xuống, tùy thuộc vào mức điện áp của tế bào nhiên liệu (fuel cell) và battery. Một biến tần được sử dụng để chuyển đổi điện áp DC thành điện áp thay đổi và tần số thay đổi để cung cấp năng lượng cho động cơ đẩy. Battery hoặc ultracapacitor thường được kết nối qua tế bào nhiên liệu để cung cấp năng lượng bổ sung và để khởi động hệ thống.
Hình 6: Hệ thống xe dùng tế bào nhiên liệu đặc trưng
Trong số các loại tế bào nhiên liệu như PEM (proton exchange membrane: trao đổi hạt nhân qua mạng lọc), alkaline fuel cell (tế bào nhiên liệu kiềm), phosphoric acid fuel cell (tế bào nhiên liệu axit photphoric), molten carbonate fuel cell (tế bào nhiên liệu cacbonat nóng chảy) và SOFC solid oxide fuel cell (tế bào nhiên liệu ôxít rắn). Tế bào nhiên liệu PEM đang đạt được tầm quan trọng đối với các ứng dụng đẩy ô tô vì những lý do sau đây:
• Dễ dàng bắt đầu ở nhiệt độ thường dưới 100 C;
• Mật độ năng lượng tương đối cao và kích thước nhỏ hơn;
• Cấu trúc và bảo trì đơn giản;
• Độ chắc chắn cho sốc và rung chấn.
Mặt khác, các vấn đề trong PEM là như sau:
• Nồng độ carbon monoxide (CO) trong nhiên liệu nên giảm xuống dưới 10 ppm, điều này gây ra sự suy giảm hiệu suất của tế bào.
•Thông thường, cần phải có chất xúc tác kim loại quý đắt tiền, và nên tiết kiệm nhiên liệu tổng thể từ việc sản xuất hydro.
Xe có APU dựa trên tế bào nhiên liệu
Năng lượng cho các tải điện khác nhau trong ô tô thường có được bằng cách sử dụng máy phát điện xoay chiều được điều khiển bởi ICE, nhưng nó chỉ tạo ra năng lượng trong khi động cơ đang chạy. Tuy nhiên, xe sử dụng tế bào nhiên liệu có thể tạo ra năng lượng trên xe độc lập với hoạt động của động cơ, điều này có thể dẫn đến việc loại bỏ máy phát điện và lượng khí thải thấp trong khi vẫn duy trì sự thoải mái của hành khách như sưởi ấm.
Các SOFC nhiệt độ cao rất phù hợp như một APU trong các ứng dụng ô tô vì tiềm năng sử dụng nhiên liệu thay thế dầu mỏ thông, yêu cầu ít nghiêm ngặt hơn quản lý chất lượng (trực tiếp sử dụng carbon monoxide làm nhiên liệu) và ít nhạy cảm hơn với các chất gây ô nhiễm như lưu huỳnh.
Kiến trúc kép 42V/14V sử dụng máy phát điện xoay chiều được giới thiệu trong Hình 7. Trong kiến trúc này, máy phát điện cung cấp dòng điện 42 V có tải 42V và batter. Bộ chuyển đổi DC-DC kết nối dòng điện này với dòng thông thường 14V có tải 12 V và battery 12 V. Kiến trúc cho một hệ thống điện với điện áp kép có chứa nguồn năng lượng tế bào nhiên liệu được hiển thị trong Hình 8.
Hình 7: Hệ thống điện với điện áp kép với máy phát điện là nguồn năng lượng.
Máy phát điện xoay chiều trong Hình 7 được thay thế trực tiếp bằng tế bào nhiên liệu và một hộp mới, được gắn nhãn PCU (Power Conditioning Unit: phần tử điều hòa công suất) được thêm vào, như trong Hình 8. Các chức năng của PCU điện áp đầu ra tương thích với điện áp tải yêu cầu, để bảo vệ tế bào nhiên liệu khỏi quá tải và ngắn mạch ở đầu ra, và để ngăn dòng điện chạy ngược vào fuel cell stack. PCU có thể là một bộ chuyển đổi buck, boost hoặc buck Buck boost boost dc, tùy thuộc vào điện áp đầu ra của stack.
Hình 8: Hệ thống điện với điện áp kép với tế bào nhiên liệu là nguồn năng lượng.
IV. FCVs
Hệ thống đẩy xe dựa trên tế bào nhiên liệu
Với sự tiến bộ trong công nghệ tế bào nhiên liệu, ngày càng có nhiều mối quan tâm trong việc sử dụng tế bào nhiên liệu cho động cơ đẩy, công suất trên xe (power generation) và phát điện cố định (stationary power generation). Ưu điểm của xe chạy bằng tế bào nhiên liệu (fuel cell) so với xe ICE là [30].
• Sử dụng chuyển đổi năng lượng trực tiếp (không đốt cháy).
• Không có bộ phận chuyển động, yên tĩnh và linh hoạt nhiên liệu.
• Sử dụng năng lượng thấp, tạo ra ô nhiễm không khí thấp và sử dụng nhiên liệu thay thế.
• Không có thay đổi mạnh về hiệu quả theo kích thước của hệ thống và tải một phần.
• Làm giảm lượng khí thải CO2 khoảng 75% và các chất độc hại khác.
Một hệ thống tế bào nhiên liệu được thiết kế cho các ứng dụng động cơ đẩy phải có trọng lượng, thể tích, mật độ năng lượng, khởi động và phản ứng nhất thời tương tự như các phương tiện dựa trên ICE ngày nay. Các yêu cầu khác là: 1) hiệu suất rất cao trong một thời gian ngắn; 2) tăng tốc nhanh; 3) tiết kiệm nhiên liệu tốt; và 4) dễ dàng truy cập và cân nhắc an toàn đối với việc xử lý nhiên liệu. Chi phí và tuổi thọ dự kiến cũng là những chú ý quan trọng.
Một hệ thống đẩy xe chạy bằng tế bào nhiên liệu điển hình được thể hiện trong hình 6. Điện áp đầu ra của fuel-cell stack được điều hòa để tương thích với điện áp battery sử dụng bộ chuyển đổi năng lượng, có thể là một bộ chuyển đổi lên/xuống, tùy thuộc vào mức điện áp của tế bào nhiên liệu (fuel cell) và battery. Một biến tần được sử dụng để chuyển đổi điện áp DC thành điện áp thay đổi và tần số thay đổi để cung cấp năng lượng cho động cơ đẩy. Battery hoặc ultracapacitor thường được kết nối qua tế bào nhiên liệu để cung cấp năng lượng bổ sung và để khởi động hệ thống.
Hình 6: Hệ thống xe dùng tế bào nhiên liệu đặc trưng
Trong số các loại tế bào nhiên liệu như PEM (proton exchange membrane: trao đổi hạt nhân qua mạng lọc), alkaline fuel cell (tế bào nhiên liệu kiềm), phosphoric acid fuel cell (tế bào nhiên liệu axit photphoric), molten carbonate fuel cell (tế bào nhiên liệu cacbonat nóng chảy) và SOFC solid oxide fuel cell (tế bào nhiên liệu ôxít rắn). Tế bào nhiên liệu PEM đang đạt được tầm quan trọng đối với các ứng dụng đẩy ô tô vì những lý do sau đây:
• Dễ dàng bắt đầu ở nhiệt độ thường dưới 100 C;
• Mật độ năng lượng tương đối cao và kích thước nhỏ hơn;
• Cấu trúc và bảo trì đơn giản;
• Độ chắc chắn cho sốc và rung chấn.
Mặt khác, các vấn đề trong PEM là như sau:
• Nồng độ carbon monoxide (CO) trong nhiên liệu nên giảm xuống dưới 10 ppm, điều này gây ra sự suy giảm hiệu suất của tế bào.
•Thông thường, cần phải có chất xúc tác kim loại quý đắt tiền, và nên tiết kiệm nhiên liệu tổng thể từ việc sản xuất hydro.
Xe có APU dựa trên tế bào nhiên liệu
Năng lượng cho các tải điện khác nhau trong ô tô thường có được bằng cách sử dụng máy phát điện xoay chiều được điều khiển bởi ICE, nhưng nó chỉ tạo ra năng lượng trong khi động cơ đang chạy. Tuy nhiên, xe sử dụng tế bào nhiên liệu có thể tạo ra năng lượng trên xe độc lập với hoạt động của động cơ, điều này có thể dẫn đến việc loại bỏ máy phát điện và lượng khí thải thấp trong khi vẫn duy trì sự thoải mái của hành khách như sưởi ấm.
Các SOFC nhiệt độ cao rất phù hợp như một APU trong các ứng dụng ô tô vì tiềm năng sử dụng nhiên liệu thay thế dầu mỏ thông, yêu cầu ít nghiêm ngặt hơn quản lý chất lượng (trực tiếp sử dụng carbon monoxide làm nhiên liệu) và ít nhạy cảm hơn với các chất gây ô nhiễm như lưu huỳnh.
Kiến trúc kép 42V/14V sử dụng máy phát điện xoay chiều được giới thiệu trong Hình 7. Trong kiến trúc này, máy phát điện cung cấp dòng điện 42 V có tải 42V và batter. Bộ chuyển đổi DC-DC kết nối dòng điện này với dòng thông thường 14V có tải 12 V và battery 12 V. Kiến trúc cho một hệ thống điện với điện áp kép có chứa nguồn năng lượng tế bào nhiên liệu được hiển thị trong Hình 8.
Hình 7: Hệ thống điện với điện áp kép với máy phát điện là nguồn năng lượng.
Máy phát điện xoay chiều trong Hình 7 được thay thế trực tiếp bằng tế bào nhiên liệu và một hộp mới, được gắn nhãn PCU (Power Conditioning Unit: phần tử điều hòa công suất) được thêm vào, như trong Hình 8. Các chức năng của PCU điện áp đầu ra tương thích với điện áp tải yêu cầu, để bảo vệ tế bào nhiên liệu khỏi quá tải và ngắn mạch ở đầu ra, và để ngăn dòng điện chạy ngược vào fuel cell stack. PCU có thể là một bộ chuyển đổi buck, boost hoặc buck Buck boost boost dc, tùy thuộc vào điện áp đầu ra của stack.
Hình 8: Hệ thống điện với điện áp kép với tế bào nhiên liệu là nguồn năng lượng.
