PEM fuel cell dynamic model for electronic circuit simulator

Avelar, Henrique José; Coelho, E.A.A.; Camacho, J.R.; Vieira, J.B.; Freitas, Luiz Carlos Gomes de; Wu, Marcel

doi:10.1109/epec.2009.5420976

Cited by 19 publications

(9 citation statements)

References 9 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…A célula a combustível é simulada através do modelo apresentado por [8] [10]. O controlador utilizado é do tipo Proporcional + Integral (PI), com um circuito limitador na saída para manter a razão cíclica do conversor entre os valores mínimos e máximos especificados.…”

Section: Resultados De Simulaçãounclassified

Section: Conversor Boost Como Carga Eletrônicaunclassified

“…A Fig. 1 mostra a curva de polarização de uma célula a combustível NEXA , de 1,2kW, obtida através de testes com uma carga eletrônica ELA-1500, e a resposta obtida do modelo da célula feito no PSIM [8].Como pode ser observado na Fig. 1, a tensão nos terminais da célula varia consideravelmente com a corrente, de aproximadamente 45V a vazio para 25V em torno de 40A.…”

unclassified

“…9mostra a simulação da carga eletrônica drenando corrente do modelo da célula a combustível[8] em degraus, a fim de levantar a curva característica (VxI) da célula.IV.CONTROLE VIA PORTA SERIAL Uma interface serial USB/SCI é utilizada para receber a referência de corrente gerada por um software que faça uso da porta serial do computador, como o MatLab ou LabView ou mesmo o Hyperterminal (caso sejam passados apenas valores constantes para a corrente de referência), automatizando desta forma o teste a ser feito. Esta interface é de grande importância, pois permite que várias formas de onda possam ser produzidas de forma bastante simplificada e possibilitando assim a execução de testes impossíveis de serem efetuados manualmente.…”

unclassified

See 3 more Smart Citations

Conversor boost atuando como carga eletrônica a corrente controlada para fins de teste de uma célula a combustível

Faria

Avelar

Vieira

et al. 2010

2010 9th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications - INDUSCON 2010

View full text Add to dashboard Cite

This paper presents the study and implementation of an electronic load for fuel cell testing. In a typical fuel cell electrical testing, it is necessary to draw a controllable dc current from it, thus an electronic load based on the boost converter is connected to the cell to control its output current. The design procedure and simulation results are presented. In order to validate the design method and verification of the effectiveness of the converter in this application, experimental results are also presented. Keywords-ElectronicLoad, Boost Converter, Fuel Cell. I. INTRODUÇÃO Para o estudo das características de uma célula a combustível faz-se necessário o uso de uma carga eletrônica com corrente controlada. Tal tipo de carga é encontrada no mercado a um custo relativamente elevado [1][2], em torno de U$7500, sendo que algumas destas cargas utilizam transistores operando na região ativa [3]. Os circuitos de condicionamento de potência, bem como as cargas eletrônicas, devem garantir que o ripple de corrente não exceda a especificação do fabricante, 35% pico-a-pico a uma frequência de 120Hz para o modelo Nexa [4], sendo que os dispositivos semicondutores da atualidade permitem implementar conversores chaveados perfeitamente capazes de atender tal especificação, não sendo necessário recorrer à utilização de dispositivos com operação na região ativa. A eliminação de componentes harmônicos resultantes do chaveamento na célula a combustível exige o adequado projeto dos elementos de filtro da corrente a ser drenada [2]. Desta forma, a construção de uma carga eletrônica chaveada que possa substituir as cargas convencionais encontradas no mercado apresenta-se como uma opção interessante em aplicações envolvendo o teste de células a combustível. Na literatura científica encontram-se poucos artigos específicos sobre o assunto, como os estudos sobre um conversor full-bridge para conversão DC-DC e DC-AC na realização de uma carga eletrônica [5], o uso de um conversor buck atuando como carga eletrônica aplicada a células combustíveis e painéis solares [2], além de estudos sobre o uso do MOSFET linear para obter a característica de painéis solares através do tratamento das tensões e correntes obtidas nos testes [1].Do ponto de vista da corrente a ser drenada da fonte sob teste, a topologia boost seria a mais adequada, oferecendo um melhor controle desta corrente, já que a entrada deste conversor comporta-se como uma fonte de corrente. Além disso, sua característica de conversor elevador permite aumentar a tensão advinda da célula a combustível para a utilização de cargas resistivas com valores mais elevados (50 1kW ou associações destes) disponíveis em nossos laboratórios.Outro aspecto importante, é que a capacidade operacional destas cargas exige normalmente uma interface de conexão com algum dispositivo host, isto exige um controle mais elaborado quando este tem de atuar em dispositivos operando na região ativa. No caso do controle digital de um conversor chaveado, existe no mercado uma gama enorme de microcontroladores e...

show abstract

Section: Resultados De Simulaçãounclassified

Section: Conversor Boost Como Carga Eletrônicaunclassified

unclassified

See 2 more Smart Citations

Conversor boost atuando como carga eletrônica a corrente controlada para fins de teste de uma célula a combustível

Faria

Avelar

Vieira

et al. 2010

2010 9th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications - INDUSCON 2010

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…The concentration losses are important at high current densities and are given by Eq. :

true {normalV}_{normalconc} = - normalb \cdot normalln (1 - \frac{i_{FC} / A}{I_{\max}})

…”

Section: Pem Fuel Cell Modelingmentioning

confidence: 99%

A Novel Single Sensor Variable Step Size Maximum Power Point Tracking for Proton Exchange Membrane Fuel Cell Power System

Harrag

Bahri

2019

Fuel Cells

View full text Add to dashboard Cite

This paper proposes a novel single sensor variable step size maximum power point tracking (MPPT) method for proton exchange membrane (PEM) fuel cell. This paper is a first, if modest, attempt to develop a single sensor MPPT for fuel cell systems. The proposed MPPT algorithm uses only one sensor to track the maximum power of PEM fuel system composed of 7 kW proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) powering 50 Ω resistive load via a DC–DC boost converter driven using the proposed MPPT. The performances of the proposed controller have been evaluated using the implemented PEM fuel cell power system Matlab/Simulink model using two test scenarios considering temperature and hydrogen pressure variation. Simulation results show that the proposed controller can effectively track the maximum power point using only one sensor which reduces the cost as well as the complexity of the PEM fuel cell power system. Comparative results with the two sensors MPPT show that the two sensors MPPT outperforms the single sensor MPPT regarding the dynamic performances. However, the proposed single sensor MPPT performs better considering the static performances. In addition, the proposed controller reduces drastically the current ripple increasing by the way the fuel cell efficiency and lifetime by reducing the frequent trip due to over‐current and even harmonics.

show abstract

A novel approach for PEM fuel cell parameter estimation using LSHADE ‐ EpSin optimization algorithm

2020

View full text Add to dashboard Cite

Among the various fuel cell types, proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) have prominent characteristics that make them unique in applications. However, the preciseness of results of a PEMFC model depends on the availability of the parameters, which are missing in the datasheets provided by the manufacturers and vendors, and this explains why it becomes convenient to estimate such parameters for a complete and precise PEMFC model that closely matches the experimental measures under different operation conditions. In this work, a novel solution methodology based on applying an ensemble sinusoidal parameter adaptation incorporated with L-SHADE, called LSHADE-EpSin optimization algorithm, is proposed to solve the PEMFC parameter extraction problem. The proposed methodology is applied to four commercial PEMFCs: 250 W PEMFC; NedStack PS6, 6 kW; BCS 500 W; and SR-12500 W, and the results obtained are compared with the results obtained by using other recent optimization algorithms. Furthermore, several statistical tests were performed to validate the proposed model's performance and compare between the investigated algorithms. The results show the effectiveness of the approach proposed using the LSHADE-EpSin algorithm in estimating the optimal PEMFC parameters under different operating conditions compared to the other optimizers for the four studied stacks.

show abstract

PEM fuel cell dynamic model for electronic circuit simulator

Cited by 19 publications

References 9 publications

Conversor boost atuando como carga eletrônica a corrente controlada para fins de teste de uma célula a combustível

Conversor boost atuando como carga eletrônica a corrente controlada para fins de teste de uma célula a combustível

A Novel Single Sensor Variable Step Size Maximum Power Point Tracking for Proton Exchange Membrane Fuel Cell Power System

A novel approach for PEM fuel cell parameter estimation using LSHADE ‐ EpSin optimization algorithm

Contact Info

Product

Resources

About