Khảo sát đặc tính làm việc của pin nhiên liệu

xiv

TÓM TT
Ngày nay, do hiệuăquảăcaoăvƠăthơnăthiệnăvớiămôiătrngănênăPinănhiênăliệuă(PNL)
đcăcoiălƠăgiảiăphápăthayăthếăđầyăhaăhẹnăchoăcácăthếăhệănĕngălngăđiệnătrongă
tngălaiădƠnhăchoăcácăngădngăđiệnăthoiădiăđngăvƠăcốăđnh.ă
LuậnăánănƠyătrìnhăbƠyămtăphngăphápăbădòăcôngăsuấtăcựcăđiă(Maximum Power
Point Tracking – MPPT) caăPNL vớiăluălngănhiênăliệuătốiăuă hóa đcăphátă
triển.ăMcăđíchăcaănghiênăcuănƠyălƠăđểădòăđc côngăsuấtătốiăđaătừămtăPNL ăcác
luălngănhiênăliệuăkhácănhauăvƠăđểăbảoăvệăcác PNLtừăsựăquá dòng và spăđổăđiệnă
ápătrênăcácăthiếtăbăđầuăcuối.HệăthốngănƠyăbaoăgồmăbădò vớiămtăcôngăcăchuyểnă
đổiătĕngăáp(BoostăConverter)ăcó thểăthayăđổiătr kháng và côngăsuất caăPNL.Bădòă
MPPăđcăđiềuăkhiểnăbiă1ăgiảiăthuậtămớiănhằmătĕngăthiăgianăđápăngăcaăbădòă
soăvớiăcácăgiảiăthuậtătruyềnăthốngătrớcăđơy.
Điềuăkhiểnătốiăuăluălngănhiênăliệu ngĕnăxếpăPNL vớiăgiảiăthuậtăMPPTăchínhălƠă
kếtăhpă phngăphápă điềuă khiểnă chă đngă caă PNL vƠă băđngă từăphngă phápă
MPPTăphổă biếnănhằmăthayăđổiă tr kháng caă ngõ ra. Đốiăvớiă phngă phápăđiềuă
khiểnănƠyăthìăluălngănhiênăliệuăđcăổnăđnhăkhiătảiăthayăđổi.
ĐồngăthiăphngăphápăđiềuăkhiểnănƠyăbảoăvệăsựăxuốngăcấpăcaăcăcấuăcăhọcăvƠă
màng PNL bằngăcáchătránhăquáănhiệtăvƠăvtăquáăsựăhìnhăthƠnhănớc,ăbảoăvệăFCă
khỏiăsựxuốngăcấp vƠătĕngătuổiăthọăcaănó.








xv

ABSTRACT
Nowadays, Fuel Cell (FC) are considered as promising alternative solution for
electrical energy generations in the future for mobile and stationary applications.
This is due to their high efficiency and environmental friendliness.
This thesis presents a methods FC’s Maximum Power Point Tracking (MPPT) with
fuel flow optimization is developed. The aim of this study is to extract themaximum
power from a FC at different fuel flow rates and to protect the FC from over-current
and voltage collapses across terminals. The system is composed of a tracker with a
buck converter able to change the impedance and the FC power. MPP detector is
controlled by one new algorithm to increase the response time of the detector
compared to the traditional algorithm ago.
Optimal fuel flow control FC stack with the MPPT algorithm is a combination of
the control method of the FC and passive popular MPPT method to change the
output impedance. For this control method, the fuel flow is stable when the load
changes.
At the same time, this control method protects over the degradation of the
mechanical structure and the membrane by avoiding the overheating and the water
excess formation, which protect FC from degradation and increase its lifetime.

xvi

MCăLC

Trangătựa TRANG
QuyếtăđnhăgiaoăđềătƠi
Lýălchăcáănhơn i
Liăcamăđoan iii
Cảmăt iv
Tómătắt v
Mcălc vi
Danh sách các hình ix

Chngă1. TNGăQUAN 1
1.1.ăTổngăquanăpinănhiênăliệu 1

1.1.1.ăLchăsửăphátătriểnăpinănhiênăliệu 1
1.1.2.ăCácăkếtăquảănghiênăcuătrongăvƠăngoƠiănớc 4
1.2.ăMcăđíchăcaăđềătƠi 12
1.3. NhiệmăvăcaăđềătƠiăvƠăgiớiăhnăđềătƠi 12
1.4.ăPhngăphápănghiênăcu 13
Chngă2. CăSăLụăTHUYT 14
2.1.ăTổngăquanăcôngănghệăpinănhiênăliệu 14
2.1.1.ăNguyênătắcăhotăđng 14
2.1.2.ăPhơnăloi 16
2.2.ăCăsălýăthuyếtătínhătoánăpinănhiênăliệu 17
2.2.1.ăĐnăvăpinănhiênăliệu 17

xvii

2.2.1.ăNgĕnăxếpăpinănhiênăliệu 22

2.3.ăBăchuyểnăđổiăDC/DC 25
2.3.1.ăTổngăquanăbăchuyểnăđổi 25
2.3.1.1.ăSălcăcácăbăchuyểnăđổi 25
2.3.1.2.ăPhơnăloiăbăchuyểnăđổiăDC-DC 27
2.3.2.ăBăchuyểnăđổiăDC/DCăboostăconverter 28
2.4.ăĐiểmălƠmăviệcăcựcăđiăcaăpinănhiênăliệu 31

2.5.ăCácăthuậtătoánătìmăđiểmăcựcăđiăphổăbiến 34
2.5.1.ăThuậtătoánăquanăsátăvƠăleoăđồiă(P&O) 34
2.5.2.ăThuậtătoánătĕngăđădẫnă(IncrementalăConductance) 35
2.5.3.ăThuậtătoánătỷălệăđiệnăápămămchă(FractionalăOpenăCircuităVoltage) 36
2.5.4.ăThuậtătoánătỷălệădòngăngắnămchă(FractionalăShortăCircuităCurent) 37
2.5.5.ăThuậtătoánăđiềuăkhiểnădùngălogicămă(FuzzyăLogicăControl) 37
2.5.6.ăThuậtătoánămngănronă(NeuralăNetwork) 38
2.5.7.ăThuậtătoánăđiềuăkhiểnătngăquanăgnăsóngă(RippleăCorrelationăControl) 39
2.5.8.ăThuậtătoánăquétădòngăđiệnă(CurrentăSweep) 40
2.5.9.ăThuậtătoánăđiềuăkhiểnătălọcăDCă(DCăLinkăCapacitorăDroopăControl) 41
Chngă3. TIăUăLUăLNGăNHIểNăLIUăCAăNGĔNăXPăPINă
NHIểNăLIUăVIăGIIăTHUTăMPPT 42
3.1.ăGiảiăthuậtăđềăxuấ 42

3.1.1. Phơnătíchăgiảiăthuậtăcăbản 42
3.1.2.ăGiảiăthuậtăđềăxuất 46
3.2.ăXơyădựngămôăhìnhămôăphỏng 47

3.2.1.ăPhơnătíchămôăhìnhăngĕnăxếpăpinănhiênăliệu 47

xviii

3.2.2.ăMôăhìnhăgiảiăthuật 52
3.2.3.ăBăchuyểnăđổiăDC/DCăboostăconverter 54
3.2.4.ăGiảiăthuậtăđiềuăkhiểnădòngănhiênăliệu 57
Chngă4. KTăQUăMỌăPHNG 60
4.1.ăMôăhìnhămôăphỏng 60

4.2.ăKếtăquảămôăphỏng 62
4.2.1.ăLuălngănhiênăliệuăcungăcấpăhằngăsố 62
4.2.2.ăLuălngănhiênăliệuăcungăcấpăthayăđổi 65
4.2.3.ăĐiềuăkhiểnătốiăuăluălngănhiênăliệuăcungăcấp 67
4.2.3.1ăTảiăcốăđnh 67
4.2.3.2ăTảiăthayăđổi 70
Chngă5. KTăLUNăVĨăHNGăPHÁTăTRINăCAăĐăTĨI 72
5.1.ăăKếtăluận 72
5.2.ăHớngăphátătriểnăcaăđềătƠi 72
TĨIăLIUăTHAMăKHO 73









xix

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH TRANG
Hìnhă1.1.ăPinănhiênăliệuăđầuătiên 2
Hìnhă1.2.ăTổngăquanăcôngănghệăHydrogen 3
Hìnhă1.3.ăngădngăchoăhƠngăkhông,ăvậnătảiăvƠăvũătr 3
Hìnhă1.4.ăngădngăphátăđiệnălaiăghép 4
Hìnhă1.5.ăngădngăphátăđiệnăhoà lớiătổngăquát 4
Hìnhă1.6.ăThngămiăhóa côngănghệăPNL trongăgiaoăthôngăvậnătải 5
Hìnhă1.7.ăTínhănĕngăđaădng caăPNL 6
Hìnhă1.8.ăMôđunăphátăđiệnădiăđng 6
Hìnhă1.9.ăngădngăchoăthiếtăbăđiệnătửădiăđng 7
Hìnhă1.10.ăMôđunăphátăđiệnătrongănhƠ 7
Hìnhă1.11.ăPhátăthải CO
2
8
Hìnhă1.12.ăNguồnăsảnăxuấtăhydro 9
Hìnhă1.13.ăMôđunăPNLcarbonat nóngăchảyă(MCFC) 9
Hìnhă1.14.ăChấtăxúcătácămớiăchoăPNL 10
Hìnhă1.15.ăTSăNguyễnăMnhăTuấnăvƠăvậtăliệuălƠm
mƠngăđiệnăcựcăchoăPNL 11
Hìnhă1.16.ăCôngăbốămáyăphátăđiệnăbằngănớc 12
Hình 2.1. MôăhìnhălýăthuyếtăđnăvăPNL 14
Hình 2.2. CấuătoăđnăvăPNL 15
Hình 2.3. CấuătoăngĕnăxếpăPNL 15
Hìnhă2.4.ăĐnăvăpinăvƠăngĕnăxếpăpin 16

xx

Hìnhă2.5.ăCấuătoăđnăvăPNL 17

Hìnhă2.6.ăMôăhìnhăđnăvăPNL 18
Hìnhă2.7.ăĐặcătínhăđiệnăápăvƠădòngăđiện 19
Hình 2.8. Hiệuăngăthiếuăhtăoxy 22
Hìnhă2.9.ăĐặcătuyếnăPEMFCă6KWă– 45VDC 23
Hìnhă2.10.ăĐặcătuyếnăcaănhƠăsảnăxuấtăvƠămôăphỏng
PEMFC 6KW – 45VDC 24
Hìnhă2.11.ăĐặcătuyếnăIă– V 24
Hìnhă2.12.ăĐặcătuyếnăPă– V 25
Hìnhă2.13.ăSăđồăkhốiăbăxửălýăcôngăsuất 25
Hìnhă2.14.ăSăđồăkhốiăbăchuyểnăđổiătổngăquát 26
Hìnhă2.15.ăĐặcătínhăquanăhệăhiệuăsuấtăvƠătỷăsố
(tổnăthấtăcôngăsuất/côngăsuất) 26
Hìnhă2.16.ăCácăbăchuyểnăđổiăDC-DCăcăbản 27
Hìnhă2.17.ăBăchuyểnăđổiăDC-DCăđăliăcao 27
Hìnhă2.18.ăBăchuyểnăđổiăDC-DCăxếpăchồng 27
Hình 2.19.ăBăchuyểnăđổiăDC-DCăsửădngăMBAăcăbản 28
Hìnhă2.20.ăSăđồănguyênălýămchăboost 28
Hìnhă2.21.ăMchăđiệnăkhiăSăđóng 29
Hìnhă2.22.ăDngăsóngăđiệnăápăvƠădòngăđiệnătrênăcunădơyăLăkhiăSăđóng 29
Hìnhă2.23.ăMchăđiệnăkhiăSăm 30
Hìnhă2.24.ăDngăsóngăđiệnăáp vƠădòngăđiệnătrênăLăkhiăSăm 30
Hìnhă2.25.ăĐặcătuyếnăI-V, P-Văcaăpinănhiên

xxi

liệuăvớiăđiểmăcôngăsuấtăcựcăđi 31
Hìnhă2.26.ăSăđồăkhốiăcaăhệăthốngăMPPTătiêuăbiểu 33
Hìnhă2.27.ăLuăđồăP&O 34
Hìnhă2.28.ăLuăđồătĕngăđădẫn 35
Hìnhă2.29.ăLuăđồătỷălệăđiệnăápămămch 36

Hìnhă2.30.ăSăđồăkhốiăthuậtătoánăđiềuăkhiểnădùngălogicăm 37
Hìnhă2.31.ăLuăđồăđiềuăkhiểnădùngălogicăm 38
Hìnhă2.32.ăSăđồăthuậtătoánămngănron 39
Hình 2.33. V-I-Păgnăsóng 40
Hìnhă2.34.ăSăđồăkhốiăcaăhệăthống 41
Hìnhă3.1.ăNhiênăliệuăthayăđổi vƠăđápăngăcaăP&OăvƠăInC 42
Hìnhă3.2.ăTrngăhpăgiảiăthuậtăP&Oăphátăhiệnăsai 43
Hìnhă3.3.ăăPhơnăchiaăcácăvùngătìmăđiểmăMPPăcaăFC 43
Hìnhă3.4.ăGiảiăthuậtăkếtăhp 45
Hìnhă3.5.ăGiảiăthuậtăđềăxuất 46
Hìnhă3.6.ăMôăhìnhăngĕnăxếpăPNL (PEMFC - 6 kW - 45 Vdc) 47
Hìnhă3.7.ăGiảiăthuậtăkếtăhpătrongăMatlab/Simulink
vớiătínăhiệuăngõăraăV
REF
52
Hìnhă3.8.ăGiảiăthuậtăkếtăhpăđặcătuyếnăvớiătínăhiệuăraălƠăđărngăxung
dùngăchoămchăBoostăDC-DC Coverter 53
Hìnhă3.9.ăKhốiăhƠmăMPPT 54
Hìnhă3.10.ăMchăboostătrongăMatlabă&ăSimulink 54
Hìnhă3.11.ăDngăsóngăđiệnăápăvƠădòngăđiệnătrênăcunădơyăL 55

xxii

Hìnhă3.12.ăSăđồăhệăthốngăngădngăngĕnăxếpăPNL 59
Hìnhă4.1.ăHệăthốngămôăphỏng 61
Hìnhă4.2.ăSựăbiếnăthiênăcaăVă– I – Duty – P
tiămcănhiênăliệuă50lpmăvƠă80lpm 62
Hìnhă4.3.ăĐặcătuyến I-V 62
Hìnhă4.4.ăĐặcătuyếnăP-V 63
Hìnhă4.5.ăĐápăngăđiệnăápăcaăgiảiăthuậtăkếtăhpăvƠăgiảiăthuậtăđềăxuất 63

Hìnhă4.6.ăĐápăngăcôngăsuấtăcaăgiảiăthuậtăkếtăhpăvƠăgiảiăthuậtăđềăxuất 64
Hìnhă4.7.ăĐặcătuyếnăI-V & P-V
ngăvớiă3ămcănhiênăliệuăthayăđổiă(50lpm, 60lpm, 70lpm) 65
Hìnhă4.8.ăĐápăngăđiệnăápăcaăgiải thuậtăkếtăhpăvƠăgiảiăthuậtăđề
xuấtăngăvớiă3ămcănhiênăliệuăthayăđổiă(50lpm,ă60lpm,ă70lpm) 66
Hìnhă4.9.ăĐápăngăcôngăsuấtăcaăgiảiăthuậtăkếtăhpăvƠăgiảiăthuậtăđề
xuấtăngăvớiă3ămcănhiênăliệuăthayăđổiă(50lpm, 60lpm, 70lpm) 67
Hìnhă4.10.ăĐápăngăđiệnăápăcaăgiảiăthuậtăkếtăhpăvƠăgiảiăthuậtăđề
xuấtăkhiăkếtăhpăMPPTăvƠăđiềuăkhiểnătốiăuăluălngănhiênăliệu 68
Hìnhă4.11.ăĐápăngăcôngăsuấtăcaăgiảiăthuậtăkếtăhpăvƠăgiảiăthuậtăđề
xuấtăkhiăkếtăhpăMPPTăvƠăđiều khiểnătốiăuăluălngănhiênăliệu 69
Hìnhă4.12.ăSựăbiếnăthiênăcaăVă– I – Duty – P
khiăkếtăhpăMPPTăvƠăđiềuăkhiểnătốiăuăluălngănhiênăliệu 70
Hìnhă4.13.ăĐápăngăcaămchăngăvớiătảiăthayăđổi 71

Chương 1. Tổng quan
1

Chngă1
TNG QUAN

1.1. Tng quan pin nhiên liu
1.1.1. Lch sử phát trin pin nhiên liu
CôngănghệăPNL nhiênăliệuăhayăcònăgọiăpinănhiênăliệuă(PNL)ăđcăphátăhiệnăbiănhƠă
khoaă họcă Thyă Sĩă Christiană Friedrichă Schonbeină nĕmă 1838.ă PinThuỵThuỵ nhiên
liệuăđầuătiênăđcăphátătriểnăbiănhƠăkhoaăhọcătiếngăWalesăSirăWilliamăGrove.ă Phác
thảoăđƣăđcăxuấtăbảnănĕmă1843,ănhngăđóăkhôngăphảiălƠăchoătớiănĕmă1959,ăkỹăsă
ngiăAnhăFrancisăThomasăBaconăphátătriểnăthƠnhăcôngă PNL 5 kW. Nĕmă1959,ă
mtănhómănghiênăcuădẫnăđầuăbiăHarryăIhrigăđtăđcăcôngăsuấtă15ăkWăcôngătyă
Allis-ChalmersăđƣăđcăcôngăbốătiăMỹ.ăSauăđó,ăvƠoănĕmă1959,ăBaconăvƠăcácăđồngă

nghiệpăcaăôngăđƣăchngăminhă1ăđnăvă5-kilowattăthựcătếăcóăkhảănĕngăcungăcấpă
nĕngălngă1ămáyăhƠn,ămƠădẫnăđầuătrongănhữngănĕmă1960ăbằngăsángăchếăBaconă
đcă cấpă phépă biă Prattă vƠă Whitneyă từă Mỹă niă mƠă cácă kháiă niệmă đcă sửădngă
trongăcácăchngătrìnhăkhôngăgianăHoaăKỳăcungăcấpăđiệnăvƠănớcăuống.ăVậtăliệuă
cựcăkỳăđắtătiềnăđƣăđcăsửădngănhăbchăkimăvƠănhiênăliệuăyêuăcầuălƠăhydroăvƠăoxyă
rấtătinhăkhiết.ăCác PNL đầuăcóăxuăhớngăyêuăcầuănhiệtăđăhotăđngăcaoăbấtătiệnălƠă
mtăvấnăđềătrongănhiềuăngădng.ă Tuy nhiên, các PNL đcăxemălƠămongămuốnădoă
mtălng lớnănhiênăliệuăcóăsẵnă(hydroăvƠăoxy).[2]

Hình 1.1. Pin nhiên liệu đầu tiên

Chương 1. Tổng quan
2

Hnănữaătiếnăbăcôngănghệătrongănhữngănĕmă1980ăvƠănhữngănĕmă1990,ănhăviệcăsửă
dngăcaăNafionălƠăchấtăđiệnăphơnămƠng,ăgiảmăsốălngăcaăchấtăxúcătácăbchăkimă
đắtă tiền.ă Điềuă nƠyă kíchă thíchă ngă dngă côngă nghệă nƠyă choă lĩnhă vựcă dơnă dng,ă
thngămiăvìătínhăthơnăthiệnăvớiămôiătrngăvƠăchiăphíăcho côngănghệănƠyăngƠyă
cƠngăgiảm[3].
CôngănghệănƠyălƠămtătrongănhữngăgiảiăphápănĕngălngălinhăhotănhấtătừngăđcă
phát minh, các PNL cóăthểătoăraănĕngălngăsch,ăhiệuăquảăvƠăđángătinăcậyăchoăhầuă
nhă bấtă kỳă thiếtă bă điệnă yêuă cầuă - thngă caoă hnă hiệuă quảă hnă cácă côngă nghệă
đngănhiệm.ăHọăđangăđcăsửădngătrongănhiềuăngădngăbaoăgồmăxeănơngăhƠng,ă
nhăthayăthếănồiăhi,ăcungăcấpăđiệnădựăphòngăchoăcácănhuăcầuăcăsăhătầngăquană
trọngăngoƠiăraăcònăcácăthiếtăbăscăpinăchoăcácăthiếtăbăđiệnătửădiăđng.ă Sự thành
côngăthngămiătiếpătcăcaăcácăPNL lƠărấtăquanătrọngăđểăgiúpăđápăngănhuăcầuă
nĕngălngătĕngătốcăcaăthếăgiớiămtăcáchăbềnăvững[4].

Hình 1.2.Tổng quan công nghệ Hydrogen

Chương 1. Tổng quan
3

VớiăsựăphátătriểnămnhăcaăcôngănghệănƠyădẫnăđếnămtăcucăcáchămngăxanhăvƠă
điềuănƠyădễădƠngăthấyărõăquaănhữngăngădngămnhănhăxeălaiăghép,ădu thuyền,ătƠuă
ngầm,ălaptopăPNL,ăhệăthốngăđiệnălaiăghépăcungăcấpăchoăkhuăvựcădơnăcăcôălậpăvùngă
xơuăvùngăxa…

Hình 1.3. ng dụng cho hàng không, vận tải và vũ trụ

Hình 1.4. ng dụng phát điện lai ghỨp

Chương 1. Tổng quan
4


Hình 1.5. ng dụng phát điện hoà lưới tổng quát
1.1.2. Các kt qu nghiên cuătrongăvƠăngoƠiănc
Trênăthăgii
Các PNL toăraăđiệnătừămtăphảnăngăđiệnăhóa giữaăoxyăvƠăhydro,ătoăraănớcăvƠă
nhiệtălƠăsảnăphẩmăph.ăHầuăhếtăcácăPNL cóăthểăsửădngăoxyătừăkhôngăkhí.ăCácăPNL
cóăthểăđcăthiếtăkếăđểăsửădngăhoặcăhydroănguyênăchấtăhoặcăhydroăcóănguồnăgốcătừă
dầuăkhíăhoặcănhiênăliệuăkhác.ăCácăloiăkhácănhauăcaăcácăPNL đƣăđcăphátătriểnă
đcătómătắtădớiăđơy[5].
SựăphátătriểnăcaăcácăngădngăcaăcôngănghệănƠyăcƠngăkhẳngăđnhăđcăvaiătròă
quanătrọngăcaăcôngănghệătrongătngălai.ăngădngăđcăphátătriểnămnhămẽănhấtă
lƠăcôngănghệăxeălaiăghép,ăcôngănghệăxeălaiăghépăcóănhiềuăloiănh:ăđngăcălaiăghépă
haiănguồnănhiênăliệu,ăxeălaiăghépăhaiăchếăđăhotăđngă(đngăcăsửădngănhiênăliệuă
hóa thchătruyềnăthốngăvƠăđngăcăđiện)…XeăchyăhoƠnătoƠnăbằngăH
2

lƠălựaăchọnă
caănhiềuănớcăphátătriểnăchoăgiaoăthôngăcôngăcngăătngălai nhăxeăbuýtăH
2
…

Chương 1. Tổng quan
5


Hình 1.6.Thương mại hóa công nghệ PNL trong giao thông vận tải
GiảiăphápănĕngălngăchoăcácăkhuăvựcăbăcáchălyăvớiălớiăđiệnăquốcăgiaăchínhălƠăhệă
thốngăđiệnălaiăghép,ăvớiămcăđíchăchungănhằmătốiăuăhóa hệăthốngănƠyănh:ătổngă
chiăphí,ăkhả nĕngăluătrữăvìăthucătínhăkhôngăliênătcăcaănĕngălngăgióăcũngănhă
nĕngălngămặtătri,ăkhảănĕngătựăđiềuăđăcungăcấpăđiện…[6],ăngădngăđnăvămáyă
phátăđiệnăhydroădiăđngăcũngălƠăvấnăđềăđcăxemătrọng.

Chương 1. Tổng quan
6


Hình 1.7.Tính năng đa dụng ca PNL

Hình 1.8.Môđun phát điện di động

Chương 1. Tổng quan
7

Choăcácătiệnăíchătrongălĩnhăvựcăđiệnătửăgiaădngăcũngăđcăphátătriểnămnh,ăvƠoă
nĕmă2010ăvừaăquaăcôngănghệănƠyăđcăquơnăđiăĐcăquanătơmăchoăcácătiệnăíchădiă
đngătrongăquơnăđiănhămáyătínhăxáchătayăquơnădng,ăđiệnăđƠm,ăđnhăv…

Hình 1.9.ng dụng cho thiết bị điện tử di động
CôngănghệăphátătriểnăkèmătheoălƠăcôngănghệăsảnăxuấtăhydrogenăvƠănóăcũngăchínhălƠă
liăgiảiăchoăbƠiătoánăluătrữănĕngălng.ăNĕngălngătừămáyăphátădiesel,ăgió,ăPV…ă
dăthừaăsẽăđcăluătrữăliădớiădngăhydro[7].

Hình 1.10.Môđun phát điện trong nhà

Chương 1. Tổng quan
8

HiệnănayăcôngănghệănƠyăđcăcácătổăchcăcôngătyănghiênăcuăđangădngăhóa ngă
dngănhằmăkhaiăthácăhếtătiềmănĕngăcôngănghệ,ăđồngăthiăgiúpăgiảmăsựăphăthucă
vƠoănĕngălngăhóa thch,ădoătínhăchấtăkhôngăphátăthảiăCO
2
ngiătaăkếtăhpănóăvớiă
nĕngălngăschănhằmăgiảmăbớtăphátăthảiăCO
2
[9].

Hình 1.11.Phát thải CO
2
Mtă trongă nhữngă hớngă nghiênă cuă lƠă đaă dngă hóa nguồnă nhiênă liệuă hydroă choă
PNL,ănhiênăliệuăhydroăđcătoăraătừăquáătrìnhăđiệnăphơnăcaănguồnănĕngălngădă
thừaă caă hệă thốngă điệnă sửă dng,ă từă cácă nguồnă biogas,ă hệă thốngă nĕngă lngă táiă
to[10]…

Chương 1. Tổng quan
9

Hình 1.12.Nguồn sản xuất hydro
CácăcôngătyăhƠngăđầuătrongălƣnhăvựcănƠyăcốăgắngătoăraăcácămáyăphátăđiệnăbằngă
PNL vớiăcôngăsuấtăngƠyăcƠngălớn,ănhằmătĕngăkhảănĕngăđápăng caăcôngănghệăchoă
cácăngădngăđòiăhỏiăcôngăsuấtălớn[11].ăNghiênăcuăphátătriểnămtăsốăchấtăxúcătácă
choăquáătrìnhăphảnăngăđiệnăgiảiătáiătoăliăđiệnăcũngăđcătriểnăkhai[12].

Hình 1.13.Môđun PNLcarbonat nóng chảy (MCFC)

Chương 1. Tổng quan
10


Hình 1.14.Chất xúc tác mới cho PNL
Hiệuăsuất,ătổnăthấtăvƠăđiểmăhotăđngăcôngăsuấtăcựcăđiăcaămtăngĕnăsếpăPNL cũngă
đcărấtăquanătơm,ăămảng nghiênăcuănƠyăthngăđcănhiềuăcáănhơnăhoặcănhómă
nghiênăcu.ăCácăthiếtăkếămchăchuyểnăđổiăDC-DCăvƠăcácăbăđiềuăkhiểnădòngănhiênă
liệuăđcătriểnăkhaiănghiênăcuăsơuănhằmăgiảmătổnăthất,ătĕngăhiệuăsuấtăcaăhệăthống,ă
tốiăuăgiảiăthuậtăMPPT[13]. Các nghiên cuăvừaănêuătrênălƠmănềnătảngăchoăcácătínhă
toánătốiăuăhóa chiăphíăsảnăxuất,ăvậnăhƠnhăvƠălắpăđặt.
Trongănc
TuyălƠămtănớcăđangăphátătriển,ătrìnhăđăkhoaăhọcăcôngănghệăchaăcaoănhngăViệtă
NamăđƣăsảnăxuấtăthƠnhăcôngăPNL methanolătrựcătiếpă(DMFCă– Direct methanol fuel
cell)ăđầuătiênădoăTSăNguyễnăMnhăTuấn,ăphơnăviệnăVậtălýătiăTP.HCM,ăchăvớiă250ă
mlăcồnămethanolăchoăraă600ăW/giăđiện,ămtăđiểmănổiătriăcaăPNL chínhălƠăngă
dngăcôngănghệănano vƠăcácăvậtăliệuăkhôngăgơyănguyăhi.ăPinăcóătuổiăthọăhƠngăchcă

Chương 1. Tổng quan
11

nĕm, khiăkhôngăcònăsửădngăcóăthểătáiăchếăgầnănhăhoƠnătoƠnăvƠăcácăchấtăthảiăsauă
quáătrìnhăchuyểnăhóa điệnănĕngăchălƠănớc.ăDoăvậy,ăcóăthểănóiăđơyălƠăloiăpinăsch,ă
khôngăgơyăôănhiễmămôiătrng.ăTSăNguyễnăMnhăTuấnăđangăhoƠnăthƠnhănghiênă
cuăngădngăđểăcóăthểăthngămiăhóa sảnăphẩmănƠyăsửădngăchoăđiệnăthoiădiă
đngăvƠămáyătínhăxáchătay.ăTiếnătới,ăôngăsẽănghiênăcuăđểăsảnăxuấtăpinănhiêuăliệuă
cho xe buýt và taxi [14].

Hình 1.15.TS Nguyễn Mạnh Tuấn và vật liệu làm màng điện cực cho PNL
GầnăđơyătiăhiăthảoăvềăsángăchếănƠyădoăBanăquảnălýăKhuăcôngănghệăcaoăTP.HCMă
(SHTP)ătổăchcăvƠoăngƠyă9/3/2012ăTS.ăNguyễnăChánhăKhêă- hiệnălƠăphóăgiámăđốcă
trungătơmănghiênăcuăvƠătriểnăkhai,ăkhuăcôngănghệăcaoăTPăHồăchíăMinh côngăbốă
phátăminhă“máyăphátăđiệnăbằngănớc”,ăđiểmăđtăpháăcaăphátăminhănƠyălƠăphảnăngă
hóa họcătáchănớc đểătoăraăhydroătừă“chấtăxúcătácămật”ăchaăđcăcôngăbố,ăđiệnă
nĕngătoăraăđăđểăthắpăsángămtăbóngăđènă15W[15].

Nhân viên ca Trung tâm nghiên cu và triển khai Khu công nghệ cao TP.HCM
cho nước vào bình để chạy máy phát điện

Chương 1. Tổng quan
12


Bóng đứn 50W lập tc cháy sáng chỉ sau hơn 1 phút vận hành
Hình 1.16. Công bố máy phát điện bằng nước
1.2. Mcăđíchăcaăđ tài
ĐềătƠiătậpătrungănghiênăcuăcácăđiềuăkhiểnătốiăuăluălngănhiênăliệuăcaăngĕnăxếpă
PNL vớiăgiảiă thuậtătìmăđiểmălƠmăviệcăcựcăđi.ăTrênă các đặcă tuyếnăcaă pinănhiênă
liệu,ătồnătiămtăđiểmăvậnăhƠnhătốiăuăniămƠăcôngăsuấtănhậnăđcătừăpinănhiênăliệuă
lƠăcựcăđi.ăTuyănhiên,ăđiểmăvậnăhƠnhătốiăuănƠyăkhôngăcốăđnhămƠănóăthayăđổiătheoă
cácăđiềuăkiệnănhămcănhiênăliệuăhydroăcungăcấpăvƠăảnhăhngăcaăsựăthayăđổiăcaă

tải.ăVìăvậyătìmăđiểmălƠmăviệcăcựcăđiă(MPP)ăcaăpinănhiênăliệuălƠămtăphầnăkhôngă
thểăthiếuăcaăhệăthốngăpinănhiênăliệuăđểăđảmăbảoărằngăcácămôăđunăpinănhiênăliệuă
luônăvậnăhƠnhătrongăđiềuăkiệnătốiău.ă
CóărấtănhiềuăgiảiăthuậtăMPPTăđƣăđcănghiênăcuăvƠăcôngăbố.ăCácăgiảiăthuậtăkhácă
nhauăănhiềuăkhíaăcnhănhămcăđăphcătp,ăthôngăsốăđoălng,ăsốălngăcảmăbiếnă
yêuăcầu,ătốcăđăchuyểnăđổiăvƠăgiáăthƠnh.ăĐềătƠiăsẽănghiênăcuăcácăgiảiăthuậtăMPPT.ă
McăđíchăcaănghiênăcuăcaăđềătƠiălƠăđềăxuấtăgiảiăthuậtăMPPTătốiăuăvớiăkhảănĕngă
đápăngădớiăcácăđiềuăkiệnănhămcănhiênăliệuăhydroăcungăcấp,ăảnhăhngăsựăthayă
đổiăcaătải và chi phíăthấp.
1.3. Nhim v caăđ tài và gii hnăđ tài
- KhảoăsátăcôngănghệăpinănhiênăliệuăvƠălựaăchọnăloiăpinăkhảoăsát.

Chương 1. Tổng quan
13

- Khảoăsát môăhìnhăpinănhiênăliệu,ăphơnătíchăcácăđặcătuyếnăI-V, P-Văcaăpină
nhiênăliệu,ăsựăphăthucăcácăđặcătínhăcaăpinănhiênăliệuădớiăcácăđiềuăkiệnănhămcă
nhiênăliệuăhydroăcungăcấp.
- PhơnătíchătínhăcầnăthiếtăcaăđiểmălƠmăviệcăcựcăđiăcaăpinănhiênăliệu.
- Phân tíchăphngăphápătựăđiềuăkhiểnăluălngăđápăngăvớiătải.
- Nghiênă cuă cácă giảiă thuậtă MPPTă caă pină nhiênă liệu,ă đềă xuấtă giảiă thuậtă
MPPTămới.
- DùngăphầnămềmăMatlab/Simulinkănghiênăcuăxơyădựngăđiềuăkhiểnătốiăuă
luălngănhiênăliệuăcaăngĕnăxếpăPNL vớiăgiảiăthuậtătìmăđiểmălƠmăviệcăcựcăđi.
1.4.ăPhngăphápănghiênăcu
- ThuăthậpătƠiăliệuăliênăquanăđếnăđềătƠiănghiênăcu.ă
- Nghiênăcuăcácămôăhìnhătoánăhọcăcaăpinănhiênăliệu.ă
- XơyădựngăcácăgiảiăthuậtăMPPT.
- PhơnătíchăcácăkếtăquảămôăphỏngănhậnăđcăvƠăcácăkiếnăngh.
- ĐánhăgiáătổngăquátătoƠnăbăbảnăluậnăvĕn.ăĐềănghăhớngăphátătriểnăcaăđềă

tài.

Chưng 2. C sở lý thuyế t
14

Chngă2
CăS LÝ THUYT

2.1. Tng quan công ngh pin nhiên liu
2.1.1. Nguyên tc hotăđng
PNL lƠămtăthiếtăbăchuyểnăđổiănĕngălngă hóa họcă thƠnhănĕngălngăđiệnăđcă
chaătrongămtăđnăvăpin,ăthôngăthngăthìănguyênăliệuăcaăđnăvăPNL là oxy và
hydro. Cácă sảnă phẩmă phă caă hotă đngă PNL thngă lƠă nớcă vƠă nhiệt, Vìă vậy
nênPNLkhôngăphátăthảiăCO
2
khôngăgơyăôănhiễmămôiătrng.ăCấuătrúcăvậtălýăcăbảnă
caămtăPNL baoăgồmămtălớpăđiệnăphơn(tiăđơyăxảyăraăquáătrìnhăphảnăngăhóa họcă
táiătoăliăđiện)ătrong kếtănối vớiăcựcădngăvƠăcựcăơmăhaiăbên.ă

Hình 2.1. Mô hình lý thuyết đơn vị PNL
Nhiênă liệuă đcă cấpă liênă tcă cácă anodeă (điệnă cựcă ơm)ă vƠă mtă chấtă ôxihóa
(thngoxyătừăkhôngăkhí)ăđcăchoăcấp liênătcăđếnăcựcăơmă(điệnăcựcădng).ăCácă
phảnăngăđiệnăhóa xảyăraătiăcácăđiệnăcựcăđểăsảnăxuấtămtădòngăđiệnăquaălớpăđiệnă

Chưng 2. C sở lý thuyế t
15

phân.
MặcădùămtăPNL là tngătựănhămtăpinăđiểnăhìnhătrongănhiềuăcách,ănóăkhácănhauă
trongămtăsốăkhíaăcnh.ăPinălƠămtăthiếtăbăluătrữănĕngălng,ătrongăđóătấtăcảăcácă

nĕngălngăcóăsẵnđcăluătrữătrongăpinăchínhănó, pin là mtăthiếtăbăchuyểnăđổiă
nĕngălngănhiênăliệuăvƠăchất oxy hóa đc cungăcấpăliênătc.ăVềănguyênătắc,ăcácă
PNL nhiênăliệuăsảnăxuấtănĕngălngăchoămiễnălƠănhiênăliệuăđcăcungăcấp[16].
HầuăhếtăcácăhệăthốngăPNL baoăgồmămtăsốăthƠnhăphần:
- ĐnăvăPNL,ătrongăđóăcácăphảnăngăđiệnăhóa xảyăra
- NgĕnăxếpăPNL trongăđóăgồmăcácăđnăvăpinăđcămôăđunăkếtăhpăhìnhăthƠnhă
cácăđnăvăvớiăcôngăsuấtăđầuăraămongămuốn.
- Băxửălýăbaoăgồmăđiềuăkhiểnănhiênăliệu,ăquảnălýănhiệtăvƠăđiềuăkhiểnăcôngă
suấtă

Hình 2.2. Cấu tạo đơn vị PNL


Chưng 2. C sở lý thuyế t
16

Hình 2.3. Cấu tạo ngăn xếp PNL

Hình 2.4. Đơn vị pin và ngăn xếp pin
2.1.2. Phân loi
CácăhệăthốngăPNL nhiênăliệuăđcăphơnăloiătheoănhiềuăcáchăkhácănhau:
- Phơnăloiătheoănhiệtăđăhotăđng
- Phơnătheoăloiăcácăchấtăthamăgiaăphảnăng
- Phơnăloiătheoăđiệnăcực
- PhơnătheoăloiăcácăchấtăđiệnăphơnălƠăcáchăphơnăloiăthôngădngăngƠyănay
PhơnăloiPNL nhiênăliệu theo loiăcácăchấtăthamăgiaăphảnăng [17][18] [19] [20]: