اقرأ في هذا المقال
الحاجة الى محول تعزيز الجهد الكهربائي العالي مع تحكم MPPT
نظراً للتلوث البيئي والاحتياطيات المحدودة من الوقود الأحفوري، تبدي صناعات السيارات اهتماماً أكبر بالمركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود (FCEV)، وهناك ساعدت التطورات السريعة في إلكترونيات القدرة وتقنيات خلايا الوقود في تمكين التطوير الكبير لـ (FCEVs)، بحيث تتميز خلايا الوقود بمزايا توليد الطاقة النظيفة والموثوقية العالية والكفاءة العالية والضوضاء المنخفضة.
واعتماداً على نوع خلية وقود الإلكتروليت، يتم تصنيفها إلى أنواع مختلفة مثل خلية وقود غشاء تبادل البروتون (PEMFC) وخلية الوقود القلوية (AFC) وخلية وقود حمض الفوسفوريك (PAFC) وخلية وقود الأكسيد الصلب (SOFC) و خلية وقود الكربونات المنصهرة (MCFC)، ومن بين كل هذه تهيمن (PEMFCs) على صناعة السيارات بسبب درجة حرارة التشغيل المنخفضة وبدء التشغيل السريع.
كما يعتمد الجهد الناتج لخلية الوقود على محتوى الماء في الغشاء ودرجة حرارة الخلية، والجدير بالذكر أن خلايا الوقود لها خصائص جهد تيار غير خطي، ومن ثم لا توجد سوى نقطة تشغيل واحدة متاحة لخلايا الوقود ذات الجهد الأقصى وقدرة الخرج. تعد تقنية Maximum Power Point Tracking) (MPPT)) ضرورية لاستخراج أقصى طاقة من خلية الوقود في ظل ظروف تشغيل مختلفة.
وفي الدراسات تتوفر تقنيات (MPPT) المختلفة مثل الاضطراب والتحكم (P&O) وتحسين السرب القطبي (PSO) والتوصيل الإضافي (INC) والتحكم المنطقي الضبابي (FLC) والتحكم في الوضع الانزلاقي والشبكة العصبية (NN) لأقصى حد (MPP)، ومن بين جميع خوارزميات (MPPT) المتاحة، يعد (P&O )بسيطاً وشائعاً وسهل التنفيذ.
كما تنتج (P&O) وطرق التوصيل الإضافية تذبذبات الحالة المستقرة التي تقلل من كفاءة نظام خلايا الوقود، وذلك للتغلب على هذه المشكلة، بحيث تم إدخال التحكم المنطقي الضبابي وخوارزميات الشبكة العصبية لتتبع (MPP) مع زيادة الكفاءة والدقة، وفي هذا البحث تم اقتراح وحدة تحكم (MPPT) الأساسية لشبكة الأساس الشعاعي (RBFN) لتتبع (MPP) لـ (PEMFC).
كما يوضح الشكل التالي (1)، كما يوضح بنية مجموعة نقل الحركة في (FCEV)، بحيث ينتج عن كومة من (PEMFC) جهد خرج منخفض غير منظم للتيار المستمر، لذلك يلزم وجود محول (DC-DC) كتعزيز أو تصعيد لزيادة وتنظيم جهد خرج (PEMFC، كما يستخدم محول التعزيز على نطاق واسع كمكيف طاقة أمامي لخلية الوقود.
وبالنسبة لتطبيقات الطاقة المنخفضة؛ يتم استخدام محول التعزيز التقليدي كواجهة إلكترونية للطاقة بينما بالنسبة لتطبيقات الطاقة العالية، لذلك قد لا يكون محول التعزيز متوافقاً نظراً لقدرته المنخفضة على المعالجة الحالية وقضايا الإدارة الحرارية، وللتغلب على هذه المشاكل، تم تصميم العديد من محولات كهربائية (DC-DC) لزيادة الجهد الكهربائي في الدراسات.
محول التعزيز التربيعي الخاص بالدفع الحركي
تم اقتراح محول تعزيز تربيعي مكون من محولين للدفع لتحقيق مكاسب عالية في الجهد، ولكن قد يؤدي استخدام محولين للدفع إلى تقليل الكفاءة الإجمالية للنظام، كما تم اقتراح محول تعزيز (DC-DC) متسلسل ثنائي الطور، ومع ذلك؛ فإن هذا الهيكل يعاني من ضعف الموثوقية وانخفاض الكفاءة، بحيث تم اقتراح محول تعزيز بخلية مضاعفة الجهد لتحقيق زيادة عالية في الجهد، لكن اكتساب الجهد لخلية مضاعفة مفردة لا يكفي لدفع مجموعة نقل الحركة في (FCEV).
كذلك تم اقتراح المحولات المعزولة مع المحاثات المقترنة أو المحولات عالية التردد لتحقيق زيادة الجهد العالي، بحيث يتم تحقيق كسب الجهد العالي عن طريق ضبط نسبة دورات المحولات، ومع ذلك؛ فإن هذه المحولات المعزولة أكثر تكلفة مقارنة بمحولات (DC-DC) غير المعزولة.
لذلك، يقترح هذا البحث محول دفع عالي الجهد ثلاثي الأطوار غير معزول (IBC) لتطبيقات خلايا الوقود لتحقيق إجهاد تبديل منخفض وكسب جهد عالي، كما تزيد تقنية (Interleaving)، وذلك من موثوقية خلية الوقود وتوفر قدرة عالية على الطاقة.
كما يتم إعطاء جهد الخرج للمحول المقترح إلى المحرك الكهربائي من خلال عاكس لدفع السيارة، بحيث يلعب المحرك الكهربائي دوراً مهماً في (FCEVs)، وهو محرك مناسب يقلل بشكل كبير من تكلفة وحجم خلية الوقود، وفي الماضي كانت غالبية شركات صناعة السيارات تستخدم محركات التيار المستمر لتطبيقات السيارات الكهربائية.
وعلى العكس من ذلك، تتميز محركات التيار المستمر بتكلفة صيانة عالية وكفاءة منخفضة بسبب الفرشاة والأجهزة الدوارة في الوقت الحاضر، يستخدم محرك (BLDC) ذو المغناطيس الدائم في الغالب في تطبيقات (FCEV) نظراً للتحكم البسيط والموثوقية العالية والصلابة العالية.
كما يوضح الشكل التالي (2) نظام (FCEV) المقترح الذي يعمل بمحرك (BLDC) مع اكتساب ثلاثي الطور للجهد العالي، وهو يتألف من (1.26) كيلو واط (PEMFC) و (IBC) كسب الجهد العالي ثلاثي الأطوار وعاكس مصدر الجهد (VSI) ومحرك (BLDC).
كذلك تعمل (IBC) ثلاثية الطور كواجهة بين (PEMFC) و (VSI)، بحيث تم تصميم خوارزمية (MPPT) القائمة على (RBFN) لاستخراج الطاقة القصوى من خلية الوقود، بحيث توفر حاوية (IBC) ثلاثية الطور الطاقة لمحرك (BLDC) من خلال (VSI)، كما يتم التحكم في مفاتيح (VSI) باستخدام التبديل الإلكتروني لمحرك (BLDC)، بحيث يتم توصيل عمود المحرك بعجلات السيارة للدفع.
