Design consideration on electric drivetrain(E-D/T), usually referred as electric motor for driving, its compatible reduction gear, and inverter, are performed for developing electric vehicle(EV) with efficient driving performance. Universal mode of driving cycle has been used to make up the actual vehicle performance, and its results are incorporated to the design of E-D/T.
In the hydrogen filling process, hydrogen flows by the pressure difference between the supply pressure at a filling station and a storage tank in the vehicle, and the flow rate depends on the pressure difference. Therefore, it is essential to consider the pressure drop of hydrogen occurring during the filling process, and the efficiency of the hydrogen filling process can be improved through its analysis. In this study, the pressure drop was analyzed for a hose, a nozzle/receptacle coupling, a pipe, and a valve in a filling line. The pressure drops through hose and pipe, the nozzle,receptacle coupling, and the valve were calculated by using a equation for a straight conduit, a flow nozzle formula, and a gas flow respectively. In addition, as a result of comprehensive analysis of the pressure drop effect occurring in each component, it was found that the factor that has the greatest influence on the pressure drop in the entire filling line is the pressure drop through the valve. This study can be used to develop a model of the hydrogen filling process by analyzing hydrogen flow including hydrogen filling in the future.
Numerical visualization is conducted to confirm the variation of flow characteristics and pressure drop by the shape of channels on the cathode flow path in hydrogen fuel cells for unmanned aerial vehicles(UAVs). Generally, a light-weight fan is commonly used rather than a heavy air compressor at UAVS. However, in case of blower fan, a large pressure drop in the flow path causes the blocking of the oxygen supply to the fuel cell. Therefore, the uniformity of flow inside the cathode has to be achieved by changing the shape of the cathode. The flow channel, the duct shape, and the diameter of the fan are changed to optimize the flow path. As a result, it is confirmed that the optimal flow path can decrease the velocity difference between the center and outer flow by 1.8%. However, It should be noted that the channel size can increase the pressure drop.
The electromagnetic characteristics of FCEVs (fuel cell electric vehicles) are much different from the existing combustion engine cars as well as hybrid, plug-in-hybrid, and pure electric vehicles due to the high voltage/current generated by a fuel cell stack which uses a compressed hydrogen gas reacted with oxygen. To operate fuel cell stack efficiently, BOP (Balance of Plant) is essential. BOP systems are used many not only for motors in water pump, air blower, and hydrogen recycling pump but also inverters for these motors. Since these systems or components are connected by high voltage cables, EMC (Electromagnetic compatibility) analysis for high voltage/current cable is the most important element to prevent the possible electric functional safety errors. In this paper, electromagnetic fields of high current/voltage cable for FCEVs is studied. From numerical analysis results, time harmonic magnetic field strength of high current/voltage cable have difference of 20~28 dB according to phase. EMI result considered ground effect of FECV at 10 m shows difference of 14.5 dB at 30 MHz and 2.8 dB at 230 MHz compared with general cable.
Hydrogen energy as an alternative source of energy has been receiving tremendous support around the world, and research is being actively conducted accordingly. However, most of the studies focus on hydrogen storage tanks and only are few studies on interpreting the hydrogen filling system itself. In this study, with reference to SAE J2601, a hydrogen fueling protocol, a simulation model was developed that can confirm the behavior of the vehicle's internal tank during hydrogen fueling. With respect to factors such as fuel supply temperature, ambient temperature, and pressure increase rate, the developed model can check the change of temperature and pressure in the tank and the state of hydrogen charging during hydrogen fueling. The validity of the developed simulation model was confirmed by comparing the simulation results with the experimental results presented in SAE J2601.
In connecting parts of a hydrogen fuel cell vehicle, since the rubber ring is permeable to hydrogen, it is necessary to use a metal sealing structure which ensures leakage stability. Finite element analysis was performed to verify the fitting characteristics of the metal sealing structure, which is used to connect the pipe to a high pressure hydrogen FCEV tank. Deformation shape, contact distance and axial load were compared experimentally and these values were in agreement with each other. In the contact surface, between the pipe and the fitting body, the stress at the edge of the contact surface was higher than the center point, which was considered to be a good characteristic in view point of the leakage. The location of the contact points has almost no change in the upper part of the fitting, but that of the lower parts move downward as the fastening amount increases. The contact pressure at the lower part is maintained at the same constant level.
As the hydrogen fuel cell market is expanded starting from hydrogen electric vehicle and power generation field, the demand for fuel cells and hydrogen increases recently. Therefore, research works on fuel cell durability and fuel efficiency are required in order to activate the fuel cell market and commercialization. A dead-ended anode system was used in this study to optimize the fuel cell performance and fuel efficiency. The effect of purge condition according to the applied current and hydrogen supply pressure on the fuel cell performance were evaluated. In addition, the influence of water back diffusion on the different electrolyte membrane thickness was analyzed. The accumulated water was purged with a solenoid valve in the case of 3% voltage decrease in the dead-ended anode system. The experiment was performed with the hydrogen supply pressure of 0.1~0.5 bar and purge duration of 0.1~1 second. A maximum fuel efficiency of 98.9% was achieved under the purge duration of 0.1 s and hydrogen supply pressure of 0.1 bar with a NR 211 (25.4 um) membrane. However, the fuel cell performance decreased in a long-term operation due to some frequent flooding. The fuel efficiency and purge interval increased due to decreased back diffusion rates of the water and nitrogen with a NR 212 (50.8 um) membrane.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.11
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pp.1925-1930
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2016
Fuel cell power generation system, unlike conventional energy sources, converts chemical energy into electrical energy through electrochemical reaction of hydrogen and oxygen. This paper presents the control of interleaved multi-phase boost converter as the feasibility study on small-scale prototype electric railway vehicle application using fuel cell generation system. PSIM simulation program is to be used to implement the modeling of the electrical fuelcell as well as traction motor control with interleaved multi-phase boost converter. Comparing the input current ripple rate, two-phase interleaved boost converter is less than the boost converter. But the more multi-phase not less proportional to the ripple factor. we confirmed that the amplitude of the input current ripple rate of converter depend on duty ratio.
KIM, KEEJUNG;JEON, HYEONG-RYEOL;KANG, YOUNG-IM;KIM, WANJIN;YEOM, JIWOONG;CHOI, SUNG-JOON;CHO, SUNGMIN
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.31
no.5
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pp.453-458
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2020
In this study, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM) rubbers reinforced with various particle size of carbon black were prepared and tested. We followed recently published CSA/ANSI CHMC2 standard "the test methods for evaluating material compatibility in compressed hydrogen applications-polyemr". Measurement of change in hardness, tensile strength and volume were performed after exposure to maximum operating pressure, 87.5 MPa, for 168 hours (1 week). Once EPDM was exposed to high-pressure hydrogen, the samples experience volume increase and degradation of the physical properties. Also, after the dissolved hydrogen was fully eliminated from the specimens, the hardness and the tensile properties were not recovered. The rubber reinforced with smaller sizes of carbon black particles showed less volume expansion and decrease of physical properties. As a result, smaller particle size of carbon black filler led to more resistance to high-pressure hydrogen.
In Korea, there are no instances where a hydrogen fuel cell power generation system has been used in a railway vehicle. Only the basic topology has been studied. In the previous study, conventional converters using a single switch were applied to the fuel cell power generation system. Therefore, current stress on the switch at converter on-off transitions would be large when controlling a large-capacity railway vehicle. In addition, since the input side ripple is also large, there is a problem with a shortening of the lifetime of both the fuel cell power generation system and the inductor. In this paper, a soft-switching transformer inductor boost converter for fuel cell powered railway vehicles was proposed. A technique to reduce both the switching current stress generated during on-off transitions, and the input ripple current flowing in the inductor were studied. The soft-switching TIB converter uses a transformer-type inductor to configure the entire circuit in an interleaved method, and reduces both input current ripple and the current ripple of the inductor and switch.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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