A mathematical dynamic model of fuel cell was formulated in order to design the control system which will meet the control object. The control objective is set to regulate the airflow in the load change by utilization of airflow and the pressure difference between anode and cathode is maintained below a limit range. Simulation result of 10kW polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) clearly demonstrates that response time need to be less. than 1 seconds for the control requirements. Besides, pressure difference was allowed in pressure range less than 0.01 atm.
PEM Fuel Cell operation mode can be classified into dead-end mode or open mode by whether the outlet port is blocked or not. Generally, dead-end type fuel cell has some merits on the pressure drop and system efficiency because it can generate more power than the open type fuel cell due to high operating pressure condition. However, the periodic purging process should be done for removing water which is formed as product of a reaction in the gas diffusion layer. In this study, cathode side dead-end type operation has been conducted. Moreover, pulsating flow generator at the outlet of cathode side has been suggested for increasing the period to purge the formed water because the pulsating flow can make formed water scattered uniformly over the whole channel. As a result, the purging period with pulsation increased by 1.5-2 times longer than that without pulsating.
In this paper, protective function evaluation was conducted to determine the performance and safety of a power conditioning system(PCS) for 1kW residential fuel cell system. It is essential to have a power quality, grid-connection and safety of PCS. Even though it is under 500ms by KGS-A410 standard, it is shown a rapid response time of 25ms from input under-voltage test. In terms of output over/under-voltage test, it is shown 29.15 and 79.4ms. Especially using anti-islanding test, it is shown all times under 100ms for combination cases of real and reactive power. We confirmed a rapid response characteristics and safety of PCS. The results of this evaluation are being used to develop a new test protocols of PCS.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.3
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pp.531-538
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2009
The paper deals with an operation scheme to improve the forecasting of output range and to regulate the active power output of the hybrid system consisting of a doubly fed induction generator (DFIG) and a fuel-cell. The power output of the wind turbine fluctuates as the wind speed varies and the slip power between the rotor circuit and power converter varies as the rotor speed change. The power fluctuation of a DFIG makes its operation difficult when a DFIG is connected to grid. A fuel cell system can be individually operated and adjusted output power, hence the wind turbine and fuel cell hybrid system can overcome power fluctuation by using a fuel-cell power control. In this paper, a fuel-cell is performed to regulate the active power output in comparison with the regulated active power output of a DFIG. And it also improves the forecasting of output range. Based on PSCAD/EMTDC tools, a DFIG and a proton exchange membrane fuel cell(PEMFC) is simulated and the dynamics of the output power in hybrid system are investigated.
The focus of this paper is to develop a mathematical model for investigating the dynamic performance of a polymer electrolyte membrane fuel cell. The model in this work is based on physical laws having clear significance in replicating the fuel cell system and can easily be used to set up different operational strategies. Simulation results display the transient behavior of the voltage within each single cell, and also within a number of such single cells combined into a fuel cell stack system. A linear as well as a nonlinear analysis of the polymer electrolyte membrane fuel cell system(PEMFC) has been discussed in order to present a complete and comprehensive view of this kind of modeling. Also, a comparison of the two kinds of analysis has been performed. Finally, the various characteristics of the fuel cell system are plotted in order to help us understand its dynamic behavior. Results indicate that there is a considerable amount of error in the modeling process if we use a linear model of the fuel cell. Thus, the nonlinearities present in the fuel cell system should be taken into account in order to obtain a better understanding of the dynamic behavior of the fuel cell system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.7
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pp.558-565
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2008
Solid oxide fuel cell(SOFC) has a higher fuel flexibility than low temperature fuel cells, such as polymer electrolyte fuel cell(PEMFC) and phosphoric acid fuel cell(PAFC). SOFCs also use CO and $CH_4$ as a fuel, because SOFCs are hot enough to allow the CH4 steam reformation(SR) reaction and water-gas shift(WGS) reaction occur within the SOFC stack itself. Diesel is a good candidate for SOFC system fuel because diesel reformate gas include a higher degree of CO and $CH_4$ concentration than other hydrocarbon(methane, butane, etc.) reformate gas. Selection of catalyst for autothermalr reforming of diesel was performed in this paper, and characteristics of reforming performance between packed-bed and microchannel catalyst are compared for SOFC system. The mesh-typed microchannel catalyst also investigated for diesel ATR operation for 1kW-class SOFC system. 1kW-class diesel microchannel ATR was continuously operated about 30 hours and its reforming efficiency was achieved nearly 55%.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.16
no.4
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pp.281-292
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2016
The proposed scheme is based on the modified perturb and observe (P&O) algorithm combined with the sliding mode technique. A modified P&O algorithm based sliding mode controller is developed to study the effects of partial shade, temperature, and insolation on the performance of maximum power point tracking (MPPT) used in photovoltaic (PV) systems. Under partially shaded conditions and temperature, the energy conversion efficiency of a PV array is very low, leading to significant power losses. Consequently, increasing efficiency by means of MPPT is particularly important. Conventional techniques are easy to implement but produce oscillations at MPP. The proposed method is applied to a model to simulate the performance of the PV system for solar energy usage, which is compared to the conventional methods under non-uniform insolation improving the PV system utilization efficiency and allowing optimization of the system performance. The modified perturb and observe sliding mode controller successfully overcomes the issues presented by non-uniform conditions and tracks the global MPP. Compared to MPPT techniques, the proposed technique is more efficient; it produces less oscillation at MPP in the steady state, and provides more precise tracking.
Kim, Sung-Chul;Park, Min-Su;Jung, Seung-Hun;Yoon, Seok-Ho;Kim, Min-Soo
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2005.11a
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pp.545-548
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2005
There is a close relation between the heat generation in the fuel cell stack and the fuel cell performance. In PEM fuel Gell vehicles, the stack coolant temperature is about $65^{\circ}C$, which is far lower than that for general automobile engine. Therefore, it is hard to release heat generated in the stack by using a radiator of limited size because of the reduced temperature difference between the coolant and the ambient air. In this study, indirect stack cooling system using $CO_2$ heat pump was designed and its stack cooling performance in releasing heat to the ambient was investigated. This work focuses on a series of processes that grasp the relation among the fuel cell power, the radiator capacity and the stack temperature. The purpose of this work is to find out a way to properly release sufficient amount of heat through the finite sized radiator, so that the stack power general ion can not be deteriorated due to the stack temperature increase. The optimization between the compressor power consumption and the fuel cel1 output power can be carried out to maximize the performance of fuel cell system.
Kim, Min-Soo;Kim, Sung-Chul;Park, Min-Su;Jung, Seung-Hun;Yoon, Seok-Ho
New & Renewable Energy
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v.1
no.4
s.4
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pp.49-54
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2005
There is close relation between the heat generation in the fuel cell stack and the fuel performance. In PEM fuel cell vehicles, the stack coolant temperature is about $65^{\circ}C$, which is far lower than that for general automobile engine. Therefore, it is hard to release heat generated in the stack by using a radiator of limited size because of the reduced temperature difference between the coolant and the ambient air. In this study, indirect stack cooling system using $CO_2$ heat pump was designed and its stack cooling performance in releasing heat to the ambient was investigated. This work focuses on a series of processes that grasp the relation among the fuel cell power, the radiator capacity and the stack temperature. The purpose of this work is to find out a way to properly release sufficient amount of heat through the finite sized radiator, so that the slack power generation can not be deteriorated due to the stack temperature increase. The optimization between the compressor power consumption and the fuel cell output power can be carried out to maximize the performance of fuel cell system.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.18
no.1
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pp.37-44
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2013
In this paper, the characteristics of portable fuel cell system are introduced and the dynamic response of output voltage of fuel cell stack with internal humidifier is analyzed. When the output of the fuel cell (FC) stack is short-circuited for humidification, the output voltage of the FC stack rapidly drops. In order to maintain the load voltage in the required range, dynamic compensation methods are proposed: 1) installing a capacitor behind the output of the FC stack; 2) utilizing the bi-directional converter. Especially, bi-directional converter is used when short of the FC output is detected or predicted by algorithm using data which is measured during previous three cycles. These methods are simulated by PSIM 9.0, then experimental results from the fuel cell system prototype verify the validity of the proposed methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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