
تعداد نشریات | 44 |
تعداد شمارهها | 1,341 |
تعداد مقالات | 16,476 |
تعداد مشاهده مقاله | 53,516,267 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 16,030,682 |
مدلسازی دینامیکی و بررسی چرخه حیات یک اتوبوس هیدروژنی: با تأکید برتأثیر تخریب پیل-سوختی و باتری | ||
مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز | ||
دوره 55، شماره 1 - شماره پیاپی 110، اردیبهشت 1404، صفحه 41-49 اصل مقاله (524.99 K) | ||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22034/jmeut.2025.63823.3472 | ||
نویسندگان | ||
شادی بشیری موسوی1؛ پوریا احمدی* 2 | ||
1دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران | ||
2استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران | ||
چکیده | ||
بهرهگیری از فناوری پیلسوختی چشمانداز روشنی را برای ظهور و توسعه خودروهای هیدروژنی فراهم آورده است با این حال وجود برخی از چالشهای مهم نظیر هزینه بالای ناشی از تخریب پیلسوختی و باتری، طول عمر کوتاه و پیچیدگی ذاتی سیستم، بعنوان موانعی مهم در مسیر تجاری سازی این خودروها مطرح شدهاند. مطالعه پیشرو با هدف بررسی چالشهای اصلی در زمینه خودروهای پیلسوختی به مدلسازی دینامیکی یک اتوبوس هیدروژنی تحت شرایط واقعی رانندگی پرداخته است. در این تحقیق برخلاف مطالعات پیشین، مدلسازی با در نظر گرفتن تأثیر همزمان تخریب پیلسوختی و باتری بر روی عملکرد اتوبوس، انجام شدهاست که همچنین نوآوری اصلی پژوهش به حساب میآید. اتوبوس مدلسازی شده با مصرف 158/1 کیلوگرم هیدروژن مسافت 3/13 کیلومتر را در یک چرخه رانندگی طی نموده است. نتایج حاکی از افزایش 5/9 % مصرف هیدروژن پس از 3500 ساعت عملکرد با یک استراتژی مدیریتی بر مبنای قانون بوده است. همچنین مهمترین عامل تخریب خاموش و روشن شدن سیستم شناخته شده است. از سوی دیگر در یک چرخه رانندگی ظرفیت باتری در حدود 025/0% کاهش داشته است. بررسی چرخهی حیات اتوبوس، نمایانگر اهمیت استفاده از منابع تجدید پذیر را برای تأمین هیدروژن بوده به نحوی که استفاده از ذغال سنگ منجر به افزایش 89% تولید گازهای گلخانهای در مقایسه با انرژی خورشیدی شده است. | ||
کلیدواژهها | ||
پیلسوختی؛ خودرو هیدروژنی؛ تخریب پیلسوختی؛ تخریب باتری؛ تحلیل چرخه حیات | ||
مراجع | ||
[1] عبدالعلی پورعدل م, رستمی م, خلیل آریا ش, یاری م. تحلیل انرژی و اگزرژی یک سیستم بر مبنای انرژی زمینگرمایی برای تولید همزمان توان، آب شیرین، گرمایش و هیدروژن. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 2021، د. 51، ش. 4، ص44-135. [2] عبدالعلی پورعدل م, رستمی م, محمدخانی ف, خلیل آریا ش. تحلیل ترمودینامیکی یک سیستم تولید همزمان بر مبنای توربین گازی با سوخت بیوگاز برای تولید توان، آب شیرین، گرمایش و هیدروژن. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 2022، د. 51، ش. 4، ص17-209. [3] Ahmadi P, Kjeang E. Comparative life cycle assessment of hydrogen fuel cell passenger vehicles in different Canadian provinces. International journal of hydrogen energy. 2015;40(38):12905-17 [4] Mosammam ZM, Ahmadi P, Houshfar E. Multi-objective optimization-driven machine learning for charging and V2G pattern for plug-in hybrid vehicles: Balancing battery aging and power management. Journal of Power Sources. 2024;608:234639 [5] محبی ح, قندهاریون س, اثمری ش. ارزیابی چرخهحیات سیستم حصر مستقیم کربندیاکسید با فرآیند فیشر-تروپش برای تولید سوخت حمل و نقل تحت سه سناریو تولید برق. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 2023، د. 52، ش. 4، ص56-347. [6] یاری م, غایبی ه, قوامی گرگری س. تحلیل انرژی و اگزرژی سیستم نوین ریفرمینگ بخارآب بیوگاز خورشیدی برای تولید هیدروژن. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 2019، د. 48، ش. 4، ص28-319. [7] غائبی ه, یاری م, قوامی س. شبیه سازی یک سیستم نوین تولید یکپارچه هیدروژن و توان با تلفیق چرخه ORC و سیستم ریفرمینگ بخارآب زیست گاز خورشیدی. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 2019، د. 49، ش. 2، ص98-189. [8] Lohse-Busch H, Stutenberg K, Duoba M, Liu X, Elgowainy A, Wang M, et al. Automotive fuel cell stack and system efficiency and fuel consumption based on vehicle testing on a chassis dynamometer at minus 18 C to positive 35 C temperatures. International Journal of Hydrogen Energy. 2020;45(1):861-72 [9] Alemohammad S, Ahmadi P. Investigation of modeling challenges of PEM fuel cells cold start operation. International Journal of Hydrogen Energy. 2024;52:1192-212 [10] Teimouri A, Kabeh KZ, Changizian S, Ahmadi P, Mortazavi M. Comparative lifecycle assessment of hydrogen fuel cell, electric, CNG, and gasoline-powered vehicles under real driving conditions. International Journal of Hydrogen Energy. 2022;47(89):37990-8002 [11] Changizian S, Ahmadi P, Raeesi M, Javani N. Performance optimization of hybrid hydrogen fuel cell-electric vehicles in real driving cycles. International Journal of Hydrogen Energy. 2020;45(60):35180-97 [12] Mesdaghi A, Mollajafari M. Improve performance and energy efficiency of plug-in fuel cell vehicles using connected cars with V2V communication. Energy Conversion and Management. 2024;306 [13] Ma Y, Hu F, Hu Y. Energy efficiency improvement of intelligent fuel cell/battery hybrid vehicles through an integrated management strategy. Energy. 2023;263:125794 [14] Zhou P, Gao S, Wang B, Wang Y, Li C, Wang Y, Sun B. Influence of hydrogen fuel cell temperature safety on bus driving characteristics and stack heating mode. International Journal of Hydrogen Energy. 2023;48(30):11541-54 [15] Zhao J, Li X. A review of polymer electrolyte membrane fuel cell durability for vehicular applications: Degradation modes and experimental techniques. Energy Conversion and Management. 2019;199:112022. [16] Whiteley M, Dunnett S, Jackson L. Simulation of polymer electrolyte membrane fuel cell degradation using an integrated Petri Net and 0D model. Reliability Engineering & System Safety. 2020;196:106741 [17] Pei P, Chang Q, Tang T. A quick evaluating method for automotive fuel cell lifetime. International Journal of Hydrogen Energy. 2008;33(14):3829-36. [18] Raeesi M, Changizian S, Ahmadi P, Khoshnevisan A. Performance analysis of a degraded PEM fuel cell stack for hydrogen passenger vehicles based on machine learning algorithms in real driving conditions. Energy Conversion and Management. 2021;248:114793 [19] Ahmadi P, Khoshnevisan A. Dynamic simulation and lifecycle assessment of hydrogen fuel cell electric vehicles considering various hydrogen production methods. International Journal of Hydrogen Energy. 2022;47(62):26758-69 [20] Mansour S, Raeesi M. Performance assessment of fuel cell and electric vehicles taking into account the fuel cell degradation, battery lifetime, and heating, ventilation, and air conditioning system. International Journal of Hydrogen Energy. 2024;52:834-55 [21] Software SDI. Simcenter Amesim | Systems Simulation Software [Available from: https://plm.sw.siemens.com/en-US/simcenter/systems-simulation/amesim/. [22] Tang T, Peng Q, Shi Q, Peng Q, Zhao J, Chen C, Wang G. Energy management of fuel cell hybrid electric bus in mountainous regions: A deep reinforcement learning approach considering terrain characteristics. Energy. 2024;311 [23] رستمی م, دهقان منشادی م. تحلیل ترمودینامیکی یک سیستم تولید توان پیل سوختی غشایی تبادل پروتونی در یک هواپیمای بدون سرنشین. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 2022، د. 52، ش. 1، ص41-50. [24] خداپرست ش, زارع و, محمدخانی ف. تحلیل ترمودینامیکی و اقتصادی یک پیکربندی نوین مایعسازی هیدروژن بر مبنای انرژی زمینگرمایی دما پایین. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 2023، د. 53، ش. 1، ص20-111. [25] عبدالعلی پورعدل م. بررسی قانون اول و دوم یک سیستم جدید جهت تولید توان، گرمایش، هیدروژن با استفاده از سیستم پیل سوختی پلیمری. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 2024، د. 54، ش. 2، ص99-108. [26] Zhang C, Zhang Y, Wang L, Deng X, Liu Y, Zhang J. A health management review of proton exchange membrane fuel cell for electric vehicles: Failure mechanisms, diagnosis techniques and mitigation measures. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2023;182:113369 [27] صابری مهر ع, فرهنگ مهر و. تحلیل ترمودینامیکی سیستم ترکیبی پیل سوختی اکسید جامد-توربین گاز تغذیه شده با متانول و با بهرهگیری از سیستم خورشیدی. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 2022، د. 52، ش. 2، ص69-78. [28] Shojaeefard MH, Mollajafari M, Pishe NE, Mousavi SM. Plug-in fuel cell vehicle performance and battery sizing optimization based on reduced fuel cell energy consumption and waste heat. Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2023;56:103099 [29] صابری مهر ع, حیدری ب. پیشنهاد یک سیستم تولید سه گانه بر پایه سیستم پیل سوختی اکسید جامد با سوخت گاز طبیعی مایع شده ترکیب شده با توربین گازی هوا مرطوب برای کاربرد ایستگاه های ماهواره ای. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 2021، د. 51، ش. 3، ص89-98. [30] Li L, Gao S, Wang B, Li C, Wang Y, Sun B, Wang Y. Analysis of cooling and heating characteristics of thermal management system for fuel cell bus. International Journal of Hydrogen Energy. 2023;48(30):11442-54 [31] Jia C, Zhou J, He H, Li J, Wei Z, Li K, Shi M. A novel energy management strategy for hybrid electric bus with fuel cell health and battery thermal-and health-constrained awareness. Energy. 2023;271:127105 [32] Di Domenico D, Prada E, Creff Y. An adaptive strategy for Li-ion battery SOC estimation. IFAC Proceedings Volumes. 2011;44(1):9721-6 [33] Hu X, Zheng Y, Howey DA, Perez H, Foley A, Pecht M. Battery warm-up methodologies at subzero temperatures for automotive applications: Recent advances and perspectives. Progress in Energy and Combustion Science. 2020;77:100806 [34] Wohlfahrt-Mehrens M, Vogler C, Garche J. Aging mechanisms of lithium cathode materials. Journal of power sources. 2004;127(1-2):58-64 [35] Guenther C, Schott B, Hennings W, Waldowski P, Danzer MA. Model-based investigation of electric vehicle battery aging by means of vehicle-to-grid scenario simulations. Journal of Power Sources. 2013;239:604-10 [36] Mousavi SB, Ahmadi P, Raeesi M. Performance evaluation of a hybrid hydrogen fuel cell/battery bus with fuel cell degradation and battery aging. Renewable Energy. 2024;227:120456 [37] Mousavi SB, Ahmadi P, Raeesi M. Performance evaluation of a hybrid hydrogen fuel cell/battery bus with fuel cell degradation and battery aging. Renewable Energy. 2024;227 [38] Qu Y, Li D, Wang R. Study on integrated thermal management system of hydrogen fuel cell vehicles based on heat pump air conditioning. Journal of Cleaner Production. 2024 Jan;434:139951 [39] Santarelli MG, Torchio MF. Experimental analysis of the effects of the operating variables on the performance of a single PEMFC. Energy conversion and management. 2007;48(1):40-51 [40] Jia C, He H, Zhou J, Li J, Wei Z, Li K. Learning-based model predictive energy management for fuel cell hybrid electric bus with health-aware control. Applied Energy. 2024;355:122228 | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 7 |