Kim, Jong-Soo;Choe, Gyu-Yeong;Kang, Hyun-Soo;Lee, Byoung-Kuk
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.5
no.2
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pp.307-318
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2010
In this work, an accurate analysis of low frequency current ripple in residential fuel cell power generation systems is performed based on the proposed residential load model and its unique operation algorithm. Rather than using a constant dc voltage source, a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) model is implemented in this research so that a system-level analysis considering the fuel cell stack, power conditioning system (PCS), and the actual load is possible. Using the attained results, a comparative study regarding the discrepancies of low frequency current ripple between a simple resistor load and a realistic residential load is performed. The data indicate that the low frequency current ripple of the proposed residential load model is increased by more than a factor of two when compared to the low frequency current ripple of a simple resistor load under identical conditions. Theoretical analysis, simulation data, and experimental results are provided, along with a model of the load usage pattern of low frequency current ripples.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.2
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pp.121-128
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2014
This study aims to develop a simulation bed for the mechanical balance of plants of high temperature fuel cells such as molten carbonate fuel cells. For using fuel cells in transportation, the optimization of the balance of plants should be considered. In this study, the dynamic model of a molten carbonate fuel cell and the model's responses to inlet gas composition, pressure, flow rate, and stack temperature were analyzed. On/off simulation was performed for testing the dynamic model's feasibility. The simulation results are in reasonable agreement with the experimental results from published literatures.
In most PEM fuel cell research, effects of cell geometry, physical properties of component such as membrane, carbon cloth, catalyst, etc. and water transport phenomena are key issues. The scope of these research was limited to single cell and stack except BOP(Balance of plant) of fuel cell. The research fouced on the fuel cell system usually neglect to consider detailed transport phenomena in the cell. The research of the fuel cell system was interested in a system performance and system dynamics. In this paper, the effect of the anode recirculation is calculated using the 2D steady-state model. For this work, 2D steady-state modeling and experiments are performed. For convenience of modifying of model equation, not commercial pakage but the in-house algorithm was used in simulation. For an vehicle industry, the analysis of the anode recirculation system helps the optimization of operating condition of the fuel cell.
Jeong, Jin Hee;Han, Jae Young;Sung, Yong Wook;Yu, Sang Seok
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.6
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pp.505-511
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2015
Solid oxide fuel cell operate at high temperature ($800{\sim}1000^{\circ}C$). High temperature have an advantage of system efficiency, but a weak durability. In this study, linear state space controller is designed to handle the temperature of solid oxide fuel cell system for proper thermal management. System model is developed under simulink environment with Thermolib$^{(R)}$. Since the thermally optimal system integration improves efficiency, very complicated thermal integration approach is selected for system integration. It shows that temperature response of fuel cell stack and catalytic burner are operated at severe non-linearity. To control non-linear temperature response of SOFC system, gain scheduled linear quadratic regulator is designed. Results shows that the temperature response of stack and catalytic burner follows the command over whole ranges of operations.
Fuel cells are suitable for a power plant of a unmanned aerial vehicle (UAV) as it is not only environmentally friendly and quiet but also more efficient than an internal combustion engine. A fuel cell hybrid UAV has better performance in endurance than a fuel cell only or battery only UAV. One of the key purposes of making fuel cell hybrid UAVs is having long endurance and now maximum 26 hours of flight is possible. Because optimal design and control methods for fuel cell hybrid UAVs are absolutely needed for their long endurance we have to check the methods. The aircraft made by using application-integrated design method has less BOP mass and better performances. The optimal design and control methods are generally based on computer simulations or Hardware-In-The-Loop simulations by using dynamic models for their design and control. The Hardware-In-The-Loop simulation (HILS) is to use a hardware device like a fuel cell stack as well as a simulation program and it allows for making optimally designed applications. This paper introduce efficient methods of design, control and evaluation for the fuel cell hybrid UAVs.
A dynamic system model of a proton exchange membrane fuel cell(PEMFC) has been developed. The PEMFC of this study has large active area with water cooling in order to simulate the performance of the commercially viable PEMFC system for the transportation. A PEMFC stack model is a transient thermal model which is respond to the dynamic change of the coolant temperature and the flow rate. The dynamic cooling system model has been developed to determine the coolant flow rate and the coolant temperature. Prior to the system level study, thermal management criteria have been set up and brought to the control command of the cooling system. Since the system model is designed to evaluate the effect of thermal management on the system performance, it is attempted to determine the proper control algorithm of the cooling system so that the PEMFC system is working on the thermal management criteria. As a result of simulation, feedback controlled cooling system consumes less power and produce more power comparing with that of conventionally controlled cooling system.
PARK, DONGHWAN;SOHN, YOUNG-JUN;CHOI, YOON-YOUNG;KIM, MINJIN;HONG, JONGSUP
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.32
no.4
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pp.245-255
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2021
Various studies about metallic bipolar plates have been conducted to improve fuel cell performance through flow field design optimization. These research works have been mainly focused on fuel cells for vehicle, but not fuel cells for building. In order to reduce the price and volume of fuel cell stacks for building, it is necessary to apply a metallic flow field, In this study, for a metallic flow field applied to a fuel cell for building, the effect of a change in the flow field shape on the performance of a polymer electrolyte membrane fuel cell was confirmed using a model and experiments with a down-sizing single cell. As a result, the flow field using a metal foam outperforms the channel type flow field because it has higher internal differential pressure and higher reactants velocity in gas diffusion layer, resulting in higher water removal and higher oxygen concentration in the catalyst layer than the channel type flow field. This study is expected to contribute to providing basic data for selecting the optimal flow field for the full stack of polymer electrolyte membrane fuel cells for buildings.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.13
no.1
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pp.46-54
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2008
In this paper, a low-cost impedance spectroscopy system(LCISS) suitable for modeling the electrochemical power sources such as fuel cells, batteries and supercapacitors is designed and implemented. Since the developed LCISS is composed of simple sensor circuits, commercial data acquisition board and LabVIEW software, a graphic language with powerful HMI(Human-Machine Interface), it is expected ta be widely used in substitution of the expensive EIS instruments. In the proposed system, the digital lock-in amplifier is adopted to achieve the accurate measurements even in the presence of the high level of noises. The developed hardware and software is applied to measure the impedance spectrum of the Ballard Nexa 1.2kW proton exchange membrane fuel cell stack and an equivalent impedance model is proposed based on the measurement results. The validity of the proposed equivalent circuit and the developed system is proven by the measurement of the ac power losses of the PEM fuel celt stack by the ripple current.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.20
no.5
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pp.44-52
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2012
Fuel cell electric vehicles have some noise problems due to its air processing unit which is required to feed the ambient air into the fuel cell stack. Discrete-frequency noises are radiated from a centrifugal blower due to rotor-stator interaction. Their fundamental frequency is the blade passing frequency, which is determined by the number of rotor blades and their rotating speed. To reduce such noises, multi-chamber perforated muffler has been designed. In this paper, in order to improve the transmission loss of a perforated muffler, the relationship between the impedance model of a perforated hole and its noise reduction performance is studied, and the applicability of a short-length perforated muffler to air processing unit of fuel cell system is described using acoustic simulation results and experimental data. The acoustic velocity vector across the neck of a perforated hole is very important design factor to optimize the transmission of an intake muffler. The suggested short-length perforated muffler is effective on discrete-frequency noises while keeping the volume of intake muffler minimized.
Performance changes of an anode-supported tubular SOFC including current collectors are analyzed at different current collecting methods using numerical simulation. From the two dimensional numerical model of the solid oxide fuel cell with nickel felts as anodic current collectors and silver wires as cathodic ones, the performance curves and the distributions of temperature, concentration, current density are obtained. Also, the voltage loss of the cell is divided into three parts: activation loss, concentration loss and ohmic loss. The results show that the performance change of the cell is dominantly influenced by the ohmic loss. Although the temperature and concentration distributions are different, the total activation loss and concentration loss are nearly same. And the ohmic loss is divided into each parts of the cell components. The ohmic loss of the anodic current collectorreaches about 60~80% of the cell's total ohmic loss. Therefore, the reduction of the ohmic loss of the anodic current collector is very important for stack power enhancement. It is also recommended that the load should be connected to the both ends of the anodic current collector.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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