Chiến lược nâng cao hiệu suất pin nhiên liệu bằng hệ thống lai Fuel cell - Battery
Keywords:
Pin nhiên liệu PEM; Hệ thống lai; Ắc quy; Hiệu suất chuyển đổi; Quản lý năng lượng.Abstract
Pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) được đánh giá là nguồn năng lượng sạch nhiều tiềm năng, song vẫn còn hạn chế về khả năng đáp ứng tải động và hiện tượng sụt áp khi vận hành độc lập dưới mức tải lớn. Nghiên cứu này tập trung đánh giá hiệu năng của hệ thống lai gồm pin nhiên liệu PEM 100W kết hợp ắc quy nhằm cải thiện các nhược điểm nêu trên. Quá trình thực nghiệm được tiến hành thông qua việc đối chiếu ba kịch bản vận hành gồm pin nhiên liệu độc lập, ắc quy độc lập và hệ thống lai tại các tải trở 1Ω, 2Ω, 5Ω cùng 10Ω trong thời gian 10 phút. Các thông số về điện áp, dòng điện, công suất và lưu lượng hydrogen được đo đạc để đánh giá hiệu suất của hệ thống. Kết quả cho thấy hệ thống lai duy trì sự ổn định ở điện áp 13 đến 14V và ngăn ngừa được hiện tượng sụt áp đột ngột từ mức OCV 18V xuống 5V tại mức tải trở 1Ω. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng ghi nhận hệ thống lai duy trì mức hiệu suất chuyển đổi tốt hơn đạt mức xấp xỉ 50% so với cấu hình độc lập. Sự phối hợp này không chỉ giúp giảm lượng hydro tiêu thụ mà còn bù đắp được giới hạn về thời gian xả ngắn của thiết bị lưu trữ. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống lai ghép là một giải pháp phù hợp để nâng cao độ tin cậy cấp nguồn, đồng thời tạo cơ sở cho việc thiết kế các thuật toán quản lý năng lượng nhằm tối ưu hệ thống.
References
Y. Xue, M. Alnajideen, R. Navaratne. "Evolution of Proton Exchange Membrane Fuel Cell Technology for Aviation Applications A Review", Energy & Fuels, 2025.
DOI: 10.1021/acs.energyfuels.5c03463.
Y. Wang, D. Ruiz Diaz, K. Chen, Z. Wang, X. Adroher. "Materials, technological status, and fundamentals of PEM fuel cells A review", Materials Today, vol. 32, pp. 178 to 203, 2020.
DOI: 10.1016/j.mattod.2019.06.005.
L. Zhang, J. Liu, S. Du, C. Zhao. "Multiphase flow dynamics in metal foam proton exchange membrane fuel cell", Renewable Energy, vol. 226, 2024.
DOI: 10.1016/j.renene.2024.120486.
K. Kabouchi, M. Ettouhami. "Proton Exchange Membrane Fuel Cells Effects of Gas Diffusion Layer Porosity Differences", E3S Web of Conferences, vol. 520, 2024.
DOI: 10.1051/e3sconf/202560100080.
T. Niu, X. Yu, C. Zhang, G. Wang, M. Han, H. Liu, F. Zhao, Q. Shuai. "Purge strategy analysis of proton exchange membrane fuel cells based on experiments and comprehensive evaluation method", Fuel, vol. 363, 130970, 2024.
DOI: 10.1016/j.fuel.2024.130970.
J. Yao, Z. Wu, B. Wang, Y. Yang, F. Yang, Z. Zhang, J. Ren, B. Li. "High stability dead end anode proton exchange membrane fuel cells by purge optimization", Journal of Power Sources, vol. 595, 2024.
DOI: 10.1016/j.jpowsour.2024.234062.
L. shi, X. Tang, S. Xu, Z. Liu. "Numerical research on liquid water removal mechanism during shutdown purge of fuel cell", Energy, vol. 288, 2024.
DOI: 10.1016/j.energy.2023.129892.
W. Guo, X. Mu, W. Shen, C. Ma, J. Yu, F. Wang, J. Yuan. "The Purge Characteristics and Strategy in a Proton Exchange Membrane Fuel Cell with a Linear Segmentation-Based Anode Recirculation System", Energies, vol. 18, 2025.
DOI: 10.3390/en18092156.
T. Oladosu, J. Pasupuleti, T. Kiong, S. Koh, T. Yusaf. "Energy management strategies control systems and artificial intelligence based algorithms development for hydrogen fuel cell powered vehicles", Int. J. Hydrogen Energy, vol. 61, pp. 1380 to 1404, 2024.
DOI: 10.1016/j.ijhydene.2024.02.284.
R. Pedicini, M. Romagnoli, P. Santangelo. "A critical review of polymer electrolyte membrane fuel cell systems for automotive applications Components, materials, and comparative assessment", Energies, vol. 16, no. 7, 3111, 2023.
DOI: 10.3390/en16073111.
M. Rasool, M. Khan, R. Zo. "A Comprehensive Analysis of Online and Offline Energy Management Approaches for Optimal Performance of Fuel Cell Hybrid Electric Vehicles", Energies, vol. 16, no. 8, 3325, 2023, DOI: 10.3390/en16083325.
E. Xu, M. Ma, W. Zheng, Q. Huang. "An Energy Management Strategy for Fuel-Cell Hybrid Commercial Vehicles Based on Adaptive Model Prediction", Sustainability, MDPI, vol. 15, no. 10, 7915, 2023.
DOI: 10.3390/su15107915.
E. Oksuztepe, M. Yildirim. "PEM fuel cell and supercapacitor hybrid power system for four in-wheel switched reluctance motors drive EV", Int. J. Hydrogen Energy, vol 75, pp. 74 to 87, 2024.
DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.12.207.
S. Kang, L. Zhao, J. Brouwer. "Dynamic modeling and verification of a proton exchange membrane fuel cell battery hybrid system to power servers in data centers", Renewable Energy, vol. 143, 2019.
DOI: 10.1016/j.renene.2019.04.150.
H. Chen, J. Chen, Z. Liu, H. Lu. "Real-time optimal energy management for a fuel cell/battery hybrid system", Asian J. Control, vol. 21, pp. 1847 to 1856, 2019.
DOI: 10.1002/asjc.2065.
S. Lee, J. Seon, B. Hwang, S. Kim, Y. Sun, J. Kim. "Recent Trends and Issues of Energy Management Systems Using Machine Learning", Energies, vol. 17, 2024.
DOI: 10.3390/en17030624.
J. Wu, Y. Zhang, J. Ruan, Z. Liang, K. Liu. "Rule and optimization combined real time energy management strategy for minimizing cost of fuel cell hybrid electric vehicles", Energy, vol. 285, 2023.
DOI: 10.1016/j.energy.2023.129442.
A. Benterki, A. Bäumler, J. MENG, T. AZIB, M. BOUKHNIFER. "Energy Management Strategy Based on Reinforcement Learning for Fuel Cell Hybrid Vehicle with A New Reward Function Approach", VPPC, 2023.
DOI: 10.1109/VPPC60535.2023.10403148.
A. Pramuanjaroenkij, S. Kakaç. "The fuel cell electric vehicles The highlight review", Int. J. Hydrogen Energy, vol. 48, pp. 9401 to 9425, 2023.
DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.11.103.
