Determination of electrical and efficiency parameters of air cooling ofl low-temperature PEM fuel cell stack with power of 5kW

• Autorzy: Raźniak A. , Dudek M. , Siwek T. , Dudek P. , Kalawa W.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2018.04.34

Warianty tytułu

PL

Określenie parametrów elektrycznych oraz efektywności chłodzenia powietrznego niskotemperaturowego stosu ogniw paliwowych PEMFC o mocy 5kW

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The possibilities of using low-temperature hydrogen-oxygen fuel cells with PEMFC proton-exchange membrane in transport and aviation were characterized and described. In this paper the emphasis was put on the investigation of energy efficiency of a commercial 5kW PEMFC fuel stack and on the possible directions to reduce the dimensions and weight of the PEMFC stack. Voltage dependencies were determined between voltage (U) -current (I) and current (I) - Power (P), as were the temperature distribution during the operation of the fuel cell stack and the peak current in humidifying the PEMFC stack by means of the SCU system. The energy demand of the 5kW fuel cell stack for the needs of the cooling system operation was determined (the so-called internal requirements of the fuel cell stack)

PL

W pracy scharakteryzowano możliwości zastosowania niskotemperaturowych wodorowo-tlenowych ogniw paliwowych z protonowymienną membraną PEMFC w transporcie i lotnictwie. W pracy nacisk położono na zbadanie efektywności energetycznej komercyjnego stosu ogniw paliwowych PEMFC o mocy 5kW, a także możliwe kierunki zmniejszania jego masy i gabarytów. Wyznaczono zależności napięcie (U)– prąd (I) oraz prąd(I)-moc (P), rozkład temperatur podczas pracy stosu ogniw paliwowych, a także wielkości prądu w „piku” podczas nawilżania stosu PEMFC za pomocą układu SCU. Wyznaczono zapotrzebowanie energetyczne stosu ogniw paliwowych 5kW na potrzeby pracy układu chłodzenia (tzw. potrzeby własne stosu ogniw paliwowych)

Słowa kluczowe

EN

proton exchange membrane fuel cell; air cooling; hydrogen; energy efficiency

PL

ogniwo paliwowe; ogniwo paliwowe z protonowymienną membraną; chłodzenie powietrzne; wodór; efektywność energetyczna

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 94, nr 4
• Strony: 140--147
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Raźniak A.

• AGH Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw , al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Dudek M.

• AGH Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw , al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Siwek T.

• AGH Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw , al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Dudek P.

• AGH-Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Kalawa W.

• AGH Akademia Górniczo – Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Energetyki i Paliw , al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Garche J, Encylopedia of Electrochemical Power Sources Elsevier 2009
• [2] Wu H, A review of recent development: Transport and performance modelling of PEM fuel cells, Applied Energy, 1 (2016) 81-106
• [3] Broussely M, Pistoia G, Industrial Application of Batteries. From Cars to Aerospace and Energy Storage, Elsevier, Amsterdam, 2007
• [4] The Fuel Cell Industry Review 2016 http://www.fuelcellindustryreview.com (15.07.2017)
• [5] Miranda P.E, Carreira E.S., Icardi U.A., Nunes G.S.Brazilian hybrid electric-hydrogen fuel cell bus: Improved on-board energy management system, International Journal of Hydrogen Energy, 42 (2017) 13949-13959
• [6] Mellino S, Petrillo A, Cigolotti V, Autorino C, Ulgiati S, A Life Cycle Assessment of lithium battery and hydrogen-FC powered electric bicycles: Searching for cleaner solutions to urban mobility, International Journal of Hydrogen Energy, 42, (2017), 1830-1840
• [7] Rajashekara K, Hybrid and fuel cell system for transportation, Electrical Review, 80 (2004) 1033-1039
• [8] London police trialing Suzuki scooters with Intelligent Energy units, Fuel Cell Bulletin, 9 (2017) 3-4
• [9] French group launch fuel cell powered bike to boost emobility, Fuel Cell Bulletin, 7 (2013) 3-4
• [10] Pratt J., Klebanoff L., Ramos K., Akhil A. A., Curgus D.B., Shenkman B.L., Proton exchange membrane fuel cells for electrical power generation on-board commercial airplanes, Applied Energy 101 (2013) 776-796
• [11] Bicer Y, Dincer I, Life cycle evaluation of hydrogen and other potential fuels for aircrafts, International Journal of Hydrogen Energy, 42 (2017) 10722-10738
• [12] Donateo T., Ficarella A., Spedicato L., Arista A., Ferraro M. A new approach to calculating endurance in electric flight and comparing fuel cells and batteries, Applied Energy 187 (2017) 807–819
• [13] MMC next-gen fuel cell powered drone with telecom upgrade Fuel Cells Bulletin, 3 (2017) 5
• [14] Intelligent Energy fuel cells significantly boost drone flight time, Fuel Cells Bulletin 1 (2016) 4
• [15] Fuel cells power first take off for DLR's Antares aircraft, Fuel Cell Bulletin, 9 (2009) 3
• [16] Romeo G., Borello F., Correa G., Cestino E., ENFICA-FC: Design of transport aircraft powered by fuel cell & flight test ofzero emission 2-seater aircraft powered by fuel cells fueled by hydrogen, International Journal of Hydrogen Energy, 38 (2013) 469-479
• [17] HySA Systems, SA National Aerospace Centre, Airbus study fuel cells for commercial airliners, Fuel Cell Bulletin, 9 (2014) 1
• [18] Boeing fuel cell plane in manned aviation first, Fuel Cell Bulletin, 4 (2008) 1
• [19] Sharaf O.Z., Orhan M.F., An overwiew of fuel cell technology: Fundamentals and application, Rewenable and Sustainable Energy Reviews, 32 (2014) 810-853
• [20] Multiquip launches lighting tower powered by Altergy fuel cell, Fuel Cells Bulletin, 2 (2011) 5
• [21] Plug Power, FedEx project rolls out fuel cell airport tractors, Fuel Cells Bulletin, 5 (2015) 2-3
• [22] Fontela A., Soria A., Mielgo J., Sierra J.F., Blas J., Gauchina L., Martinez M., Airport electric vehicle powered by fuel cell, Journal of Power Sources, 10 (2007) 184-193
• [23] https://www.horizonfuelcell.com/h-series-stacks (11.10.2017)
• [24] Dudek M., Celowski P., Lis B., Raźniak A., Dudek P., Laboratoryjny generator energii elektrycznej o mocy 360W zawierający niskotemperaturowy stos ogniw paliwowych PEMFC chłodzony za pomocą medium ciekłego, Electrical Review, 92 (2016) 235–242
• [25] Lü X., Miao X., Liu W., Lü J., Extension control strategy of a single converter for hybrid PEMFC/battery power source, Applied Thermal Engineering, 128 (2018) 887-897
• [26] Lopez G.L., Rodriguez R.S., Alvarado V.M., Gomez-Aguilar J.F., Mota J.E., Snadoval C., Hybrid PEMFC-supercapacitor system: Modeling and energy management in energetic macroscopic representation, Applied Energy, 205 (2017) 1478-1494
• [27] Sami B.S, Sihem N., Zafar B., Adnane Ch., Performance study and efficiency improvement of Hybrid Electric System dedicated to transport application, International Journal of Hydrogen Energy, 27 (2017) 12777-12789
• [28] Saadi A., Becherif M., Hissel D., Ramadan H.S., Dynamic modeling and experimental analysis of PEMFCs: A comparative study, International Hydrogen Energy, 42 (2017) 1544-1557
• [29] Chen, Y.Ch., Huang K.P., Yan W.M., Lai M.P., Yang C.C., Development and performance diagnosis of a high power aircooled PEMFC stack, International Journal of Hydrogen Energy, 41 (2016) 11784-11793
• [30] Fly A., Thirng R., A comparison of evaporative and liquid cooling methods for fuel cell vehicles, International Journal of Hydrogen Energy, 41 (2016) 14217-14229
• [31] Özden E., Tolj I., Barbir F., Designing heat exchanger with spatially variable surface area for passive cooling of PEM fuel cell, Applied Thermal Engineering, 51(2013) 1339-1344
• [32] Zhang G., Kandlikar S.G., A critical review of cooling techniques in proton exchange membrane fuel cell stacks, International Journal of Hydrogen Energy, 37 (2012) 2412- 2429

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).