Embed Size (px)
DESCRIPTION
Regulering af Brændselscellesystem Søren Juhl Andreasen 24. november 2009. Agenda. Introduktion HTPEM-brændselsceller Brændselscelleapplikationer Metanolreforming Elektrokemisk impedansspektroskopi. Projekt. Dokumentation. Main publications. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 1
Regulering af Regulering af BrændselscellesysteBrændselscellesyste
mm Søren Juhl Andreasen Søren Juhl Andreasen
24. november 200924. november 2009
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 2
Agenda
• Introduktion• HTPEM-brændselsceller• Brændselscelleapplikationer• Metanolreforming• Elektrokemisk impedansspektroskopi
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 4
Dokumentation
International Journal of Hydrogen Energy, 2009, vol. 33, p. 7137-7145:Directly connected series coupled HTPEM fuel cell stacks to a Li-ion battery DC bus for a fuel cell electrical vehicleInternational Journal of Hydrogen Energy, 2009, vol. 33, p. 4655-4664:Modeling and Evaluation of Heating Strategies for High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell StacksElectrochemical Society Transactions, 2008, vol. 12, nr. 1, p. 571-578:Experimental Evaluation of a Pt-based Heat Exchanger Methanol Reformer for a HTPEM Fuel Cell StackElectrochemical Society Transactions, 2008, vol. 12, nr. 1, p. 639-650:Modeling and Implementation of a 1 kW, Air Cooled HTPEM Fuel Cell in a Hybrid Electrical Vehicle
Fuel Cells, 2009, Vol. 9, Issue 4, p. 463-473:Characterization and Modeling of a High Temperature PEM Fuel Cell Stack using Electrochemical Impedance Spectroscopy
Journal of Fuel Cell Science and Technology, 2009, Vol.6 issue 4 p. 041006-(1-8):Dynamic Model of the High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell Stack Temperature
Conference on Power Electronics and Applications, 2007,Proceedings EPE 2007:Design of Propulsion System for a Fuel Cell Vehicle
Electrochemical Society Transactions, 2007, vol. 5, nr. 1, p. 197-207:400 W High Temperature PEM Fuel Cell Stack Test
Main publications
Ph.D. Thesis : Design and Control of High Temperature PEM Fuel Cell System, ISBN: 87-89179-78-1
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 5
Agenda
• Introduktion• HTPEM-brændselsceller• Brændselscelleapplikationer• Metanolreforming• Elektrokemisk impedansspektroskopi
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 6
Højtemperatur PEM fuel cells
Højtemperatur PBI-baseret PEM FCMembran polymer: PBI (polybenzimidazole)Protonleder : H3PO4 (Phosphoric acid)FC temperatur: 120-200 oCBesdt performance: 160-180oC
Fordele•Mindre kompleks end <100ºC membraner•CO tolerant op til 2-3%•Ingen befugtning = Simpelt stak- og systemdesign•Køling ukompliceret i de fleste omgivelseser
Ulemper•Lavere cellespænding end LTPEM, højere end DMFC•Lang opvarmningstid pga. af høje temperaturer•Flydende vand er uønsket
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 8
www.serenergy.dk
Fra prototype til kommercielt produkt
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 9
Agenda
• Introduktion• HTPEM-brændselsceller• Brændselscelleapplikationer• Metanolreforming• Elektrokemisk impedansspektroskopi
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 10
GMR Truck – Systemtilstande
Primære tilstande• Start-up• Power generation• Shutdown• Error
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 12
Systemopvarmning GMR truck
Inlet temperature : 130-160°CAir flow : 400 L/min
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 13
Temperaturregulering
Krav til luftforsyning:• Feedforward - Minimum luft flow afhænger af FC strøm• PI-regulator - Temperaturregulering
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 14
Direkte FC / batteriforbindelse
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 15
Hybrid drift
•Under accelerationer falder batteri- spændingen; brændselscellestrømmen stiger
•Forskelle i temperaturer er synlig i performance
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 16
Agenda
• Introduktion• HTPEM-brændselsceller• Brændselscelleapplikationer• Metanolreforming• Elektrokemisk impedansspektroskopi
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 17
Hydrogen vs. methanol
Behov for løsninger ang. H2-lagring•Komprimeret H2
•Metalhydridlager•Flydende H2
Den volumetriske energitæthed for H2 er lav
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 18
Hydrogen system vs. reformer system
Hydrogen baseret HTPEM fuel cell system
Fuel CellH2
Valves
Air in
Air out
H2 in
H2 out
100% H2
Fuel Cell
Fuel tankCH3OH+H2O
Air out
H2, CO2,
CO, H2O
H2 out
Reformer
Evaporator
Burner
Air in
H2 in
CH3OH+H2
O(steam)
Fuel pump
Metanolreformer baseret HTPEM fuel cell system eksempel
Burner air
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected]
Katalyst coated varmeveksler:Velkendt komponentKompaktGod varmeovergangLav termisk masse
19
Eksperimentel reformer setup
Fuel flow estimator
OHCHOHCH
BoPFCFCsystem LHVm
PIU
33
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 20
Agenda
• Introduktion• HTPEM-brændselsceller• Brændselscelleapplikationer• Metanolreforming• Elektrokemisk impedansspektroskopi
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 21
Elektrokemisk impedansspektroskopi
• Electrokemisk impedansspektroskopi er en måleteknik der kan bruges til f.eks. udledning af ækvivalent kredsløbsmodeller.
• EIS er en effektiv teknik til udledning af ”predictive models”
• Kan benyttes til online diagnose af brændselsceller (samt mange andre elektrokemiske celler)
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 22
Electrochemical impedance
spectroscopy
Påvirkningen af reformatgas kan også ses på EIS målinger.
Z=α+jβ
www.iet.aau.dk
Søren Juhl Andreasen© Aalborg University [email protected] 23
Regulering af Regulering af BrændselscellesysteBrændselscellesyste
mm Søren Juhl Andreasen Søren Juhl Andreasen
24. november 200924. november 2009
