A Control-Oriented Model for Predicting Variations in Membrane Water Content of an Open-Cathode Proton Exchange Membrane Fuel Cell

质子交换膜燃料电池 阴极 质子 化学工程 燃料电池 化学 生物系统 工程类 生物化学 物理 生物 核物理学 物理化学
作者
Adwoa Adunyah,Harshal A. Gawli,Carrie M. Hall
出处
期刊:Energies [MDPI AG]
卷期号:17 (4): 831-831 被引量:2
标识
DOI:10.3390/en17040831
摘要

Proton exchange membrane (PEM) fuel cells have emerged as a viable alternative energy production source for stationary and transportation applications. Reliable and sustainable fuel cell operation requires effective water management. Membrane water content can vary along the stack during transients which can lead to losses in fuel cell performance. To control these variations, a model that predicts the internal humidity dynamics of the stack is needed. In this study, a control-oriented model for predicting membrane water content variation was developed and implemented in MATLAB/Simulink. A lumped parameter model was initially developed and then further discretized into smaller control volumes to track humidity distribution along the stack. To validate the model’s predictions, the predicted results were compared to computer simulation results from GT-Suite. The root mean square error (RMSE) between the model’s prediction and GT-Suite’s simulation results was found to be within 1.5 membrane water content for all cases, demonstrating the model’s capability to capture the variation in membrane water content along the stack. The developed model will be useful for real-time control of membrane water content distribution in PEM fuel cells.
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