Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Regulering af Brændselscellesystem Søren Juhl Andreasen 24. november 2009

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Agenda Introduktion HTPEM-brændselsceller Brændselscelleapplikationer Metanolreforming Elektrokemisk impedansspektroskopi

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Projekt

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Dokumentation International Journal of Hydrogen Energy, 2009, vol. 33, p : Directly connected series coupled HTPEM fuel cell stacks to a Li-ion battery DC bus for a fuel cell electrical vehicle International Journal of Hydrogen Energy, 2009, vol. 33, p : Modeling and Evaluation of Heating Strategies for High Temperature Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Stacks Electrochemical Society Transactions, 2008, vol. 12, nr. 1, p : Experimental Evaluation of a Pt-based Heat Exchanger Methanol Reformer for a HTPEM Fuel Cell Stack Electrochemical Society Transactions, 2008, vol. 12, nr. 1, p : 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 : 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 (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 : 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:

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Agenda Introduktion HTPEM-brændselsceller Brændselscelleapplikationer Metanolreforming Elektrokemisk impedansspektroskopi

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Højtemperatur PEM fuel cells Højtemperatur PBI-baseret PEM FC Membran polymer: PBI (polybenzimidazole) Protonleder : H 3 PO 4 (Phosphoric acid) FC temperatur: o C Besdt performance: o C 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

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University System design

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Fra prototype til kommercielt produkt

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Agenda Introduktion HTPEM-brændselsceller Brændselscelleapplikationer Metanolreforming Elektrokemisk impedansspektroskopi

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University GMR Truck – Systemtilstande Primære tilstande Start-up Power generation Shutdown Error

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Opvarmningsstrategier

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Systemopvarmning GMR truck Inlet temperature : °C Air flow : 400 L/min

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Temperaturregulering Krav til luftforsyning: Feedforward - Minimum luft flow afhænger af FC strøm PI-regulator - Temperaturregulering

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Direkte FC / batteriforbindelse

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Hybrid drift Under accelerationer falder batteri- spændingen; brændselscellestrømmen stiger Forskelle i temperaturer er synlig i performance

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Agenda Introduktion HTPEM-brændselsceller Brændselscelleapplikationer Metanolreforming Elektrokemisk impedansspektroskopi

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Hydrogen vs. methanol Behov for løsninger ang. H 2 -lagring Komprimeret H 2 Metalhydridlager Flydende H 2 Den volumetriske energitæthed for H 2 er lav

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Hydrogen system vs. reformer system Hydrogen baseret HTPEM fuel cell system Fuel Cell H2H2 ValvesAir in Air out H 2 in H 2 out 100% H 2 Fuel Cell Fuel tank CH 3 OH+H 2 O Air out H 2, CO 2, CO, H 2 O H 2 out Reformer Evaporator Burner Air in H 2 in CH 3 OH+H 2 O (steam) Fuel pump Metanolreformer baseret HTPEM fuel cell system eksempel Burner air

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University 2009 Katalyst coated varmeveksler: Velkendt komponent Kompakt God varmeovergang Lav termisk masse 19 Eksperimentel reformer setup Fuel flow estimator

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Agenda Introduktion HTPEM-brændselsceller Brændselscelleapplikationer Metanolreforming Elektrokemisk impedansspektroskopi

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University 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)

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Electrochemical impedance spectroscopy Påvirkningen af reformatgas kan også ses på EIS målinger. Z=α+jβ

Søren Juhl Andreasen© Aalborg University Regulering af Brændselscellesystem Søren Juhl Andreasen 24. november 2009