Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.1
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pp.39-45
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2016
Thermal management of a fuel cell is important to satisfy the requirements of durability and efficiency under varying load conditions. In this study, a linear state feedback controller was designed to maintain the temperature within operating conditions. Due to the nonlinearity of automotive fuel cell system, the state feedback controller results in marginal stable under load condition from $0.5A/cm^2$ to $0.7A/cm^2$. A PWM (Pulse Width Modulation) and the modified state feedback controller are applied to control the temperature under the load condition from $0.5A/cm^2$ to $0.7A/cm^2$. The cooling system model is composed of a reservoir, radiator, bypass valve, fan, and a water pump. The performance of the control algorithm was evaluated in terms of the integral time weighted absolute error (ITAE). Additionally, MATLAB/SIMULINK$^{(R)}$ was used for the development of the system models and controllers. The modified state feedback controller was found to be more effective for controlling temperature than other algorithms when tested under low load conditions.
In this study, we proposed a standard model for the design, construction and demonstration of the technology development and substantiation of small hydrogen powered vessel in order to respond to the alternative fuel-using vessel market that requires the use of low-carbon/carbon-free fuel as a greenhouse gas reduction measure. The hydrogen fuel cell-based electric propulsion system developed through this is optimized through performance and durability tests on the land-based test site (LBTS), and the electric propulsion system applied to this result is mounted on a small hydrogen propulsion vessel and operated. Simultaneously, through the digital twin technology between the LBTS and the hydrogen-propelled vessel on the sea, the technology that can predict and diagnose the problems that can occur in the electric propulsion system of the vessel is applied to carry out the empirical study of the hydrogen-propelled vessel. In addition, we propose a commercialization model by analyzing the economic feasibility of the demonstration vessel.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.11
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pp.735-742
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2017
In this study, an effective model-based sensor fault detection methodology that can detect and isolate PEM temperature sensors fault is introduced. In fuel cell vehicle operation process, the stack temperature affects durability of a fuel cell. Thus, it is important for fault algorithm to detect the fault signals. The major objective of sensor fault detection is to guarantee the healthy operations of the fuel cell system and to prevent the stack from high temperature and low temperature. For the residual implementation, parity equation based on the state space is used to detect the sensors fault as stack temperature and coolant inlet temperature, and residual is compared with the healthy temperature signals. Then the residuals are evaluated by various fault scenarios that detect the presence of the sensor fault. In the result, the designed in this study fault algorithm can detect the fault signal.
The authors have reported significant reductions in particulate emissions of diesel engines by generating strong turbulence during the combustion process. This study aims to identify optimum conditions of turbulent mixing for effective soot reduction during combustion. The experiments were conducted with a constant volume combustion vessel equipped with abet-generating cell, in which a small amount of fuel is injected during the combustion of the main spray. The jet of burned gas from the cell impinges the main flame, causing changes In the mixing of fuel and air. Observation was made for a variety combinations of distances between spray nozzle and Jet orifice at different directions of impingement. It Is shown that compared with the case without Jet flame soot decreases when the jet impinges. When the jet is very close to the flame, it penetrates the soot cloud and causes little mixing. There were no apparent differences in the combustion duration when the direction of impingement was varied, although the mechanisms of soot reduction seemed different. An analysis of local turbulent flews with PIV (Particle image Velocimetry) showed the relationship between the scale of the turbulence and the size of the soot cloud.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.23
no.5
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pp.545-552
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2015
The heat generation in PEMFC is proportional to the electrical power output. Therefore, when the fuel cell produced the maximum output, the maximum heat was generated. In order to maintain the performance of the fuel cell, thermal management is as important as pressure and humidity conditions of the reactive gas. In this study, considering the thermal management for the maximum output operation, the optimal cooling channel design specifications of bipolar plate are found for the highest cooling performance. In the current bipolar plate research, many studies focused on analyzing various factors individually but there is no more study on the interaction between design factors. In this study, the heat transfer was simulated by COMSOL Multiphysics with the main design factors which are designated shape, width and rib length. One of the experimental design methods, general full factorial design method, was used to analyze the main factor and interaction on average temperature and maximum temperature for the design specification of fuel cell bipolar plate. When analysis result shows that all of these three factors are highly important, it can confirm that the interaction occurs between the factors.
Automotive inverters may require current sensors for motor torque control, especially, in applications of hybrid electric vehicles or fuel cell vehicles. In this paper, to achieve a compact, integrated and low cost current sensor, a hall current sensor without magnetic core is introduced for integrating an automotive inverter. The compactness of the current sensor is possible by using integrated magnetic concentrators based on the Hall effect. Magnetic fields caused by three-phase currents are analyzed and a magnetic shield design is proposed for decoupling the cross-coupled field. It offers galvanic isolation, wide bandwidth (>100kHz), and accuracy(< 1%). Using 2D FEM analysis, its performance is demonstrated with design parameters at a U-shaped magnetic shield. The proposed coreless current sensor is tested with rated current to validate the linearity and accuracy.
As the stainless steel has good corrosion resistance, mechanical property and ease of manufacture, it has been studied as the candidate material of metallic bipolar plate for automotive PIMFC. But, metal is dissolved under fuel cell operating conditions Dissolved ions contaminate a membrane electrode assembly (MEA) and, decrease the fuel cell performance. In addition, metal oxide formation on the surface of stainless steel increases the contact resistance in the fuel cell. These problems have been acted as an obstacle in the application of stainless steel to bipolar plate. Therefore, many kinds of coating technologies have been examined in order to solve these problems. In this study, stainless steel was coated in order to achieve high conductivity and corrosion resistance by several methods. Contact resistance was measured by using a tensile tester and impedance analyzer Corrosion characteristics of coated stainless steel were examined by Tafel-extrapolation method from the polarization curves in a solution simulating the anodic and cathodic environment of PEMFC. Fuel cell performance was also evaluated by single cell test. We tested various coated metal bipolar plate and conventional and graphite were also tested as comparative samples. In the result, coated stainless steel bipolar plate exhibited better cell performance than graphite to bipolar plate.
현재 수소전기차는 승용 및 상용 등 다양한 모빌리티 분야에서 전 세계적으로 이슈가 되고 있다. 환경규제 강화, 신기후체제 출범 등의 변화의 물결에 따라 자동차산업의 패러다임이 친환경으로 전환되고 있으며, 세계적으로 관련 기술 개발 및 보급을 위한 확대 정책이 발표되고 있다. 1990년 초 수소전기차(Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV) 기술 개발이 진행되어 1994년 독일 다임러사가 세계 최초로 NECAR1을 개발하였다. 이후 많은 완성차가 상용화를 위해 기술개발이 진행되었으며, 2013년 국내 현대차가 세계최초로 양산차인 투싼 ix 수소전기차를 출시하였다. 1년 이후 다시 일본 도요타에서 세계 최초로 전용 차체를 적용한 미라이 수소전기차가 출시되면서 초기시장이 형성되었으며, 이후 현대차는 NEXO를 2018년에 발표하였다. 전 세계적으로 가장 많이 팔린 수소전기차에 해당된다. 2021년 미라이 2세대가 더욱 진보된 기술을 바탕으로 출시되었으며, 국내 현대차에서도 2세대 수소전기차 출시를 앞두고 있다. 또한 수소승용차 뿐만 아니라 수소상용차 시장이 뜨겁게 부각되고 있으며, 각국에서 수소상용차 기술개발을 진행하고 있다. 본 기획특집에서는 각국의 수소전기차 기술개발 및 보급 정책을 소개하고 국내 기술개발 및 보급 정책의 타당성을 확인하고자 하였다.
The residential fuel cell system was modeled as a box-shaped chamber with vent openings, filled with various components such as reformer, desulfurizer, fuel cell stack and humidifier. When the vent openings are 1% of the total surface and hydrogen leakage 1%, hydrogen concentration is around 0.1% higher than the other regions from leak points in the chamber at 30 seconds and hydrogen concentration is increased from 0.3% to 0.7% in the upper region of the system after 200 seconds. When the vent openings are 1% of the total surface and hydrogen leakage 1%, 3%, 5%, the steady state result of CFD, 5% of hydrogen leakage is reached the lowest ignition limit in the system. When the vent openings are 2% of the total surface and hydrogen leakage 1%, hydrogen concentration is increased in the bottom of the system for 60 seconds. After 250 seconds, hydrogen concentration is reached the steady state in the system. As the vent opening of the total surface increased from 1% to 2%, averaged hydrogen mole fraction is under 1% in the system, however, upper regions of the system from the hydrogen leakage points are shown over 1% of hydrogen mole fraction.
Kim, Han-Sang;Ji, Yong-Whi;In, Ji-Hyun;An, Ji-Yong
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.24
no.1
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pp.76-83
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2013
Polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) are regarded as a promising alternative to replace the existing automotive power sources. To get high performance and long-term durability for PEMFC systems, novel water management is essential. To this end, a comprehensive understanding of dynamics of the liquid water droplets within an operating PEMFC plays an important role. In this work, direct visualization of dynamic behaviors of the water droplet in the ex situ unit flow channel of a PEMFC including gas diffusion layer (GDL) is carried out as one of the fundamental studies for novel water management. Water droplet dynamics such as the movement and growth of liquid water droplets are mainly presented. Effects of GDL characteristics and inlet air flow rate on the water droplet transport and its removal from the flow channel are also discussed. The data obtained in this study can contribute to build up the fundamental operating strategy including balanced water removal capacity for automotive PEMFC systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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