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

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

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

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

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

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


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


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

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

Trích đoạn Hình 2 .19.ăB ăchuyểnăđổiăDC- DCăsửăd ngăMBAăc ăbản Hìnhă2.20.ăS ăđồănguyênălýăm chăboost Hìnhă2.23.ăM chăđiệnăkhiăSăm Hìnhă2.24.ăD ngăsóngăđiệnăáp vƠădòngăđiệnătrênăLăkhiăSăm Hìnhă2.34.ăS ăđồăkhốiăc aăhệăthống

---