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Efficient thermal management strategies for cold starts of a proton exchange membrane fuel cell system

Montaner Rios, Gema und Schirmer, Johannes und Gentner, Christoph und Kallo, Josef (2020) Efficient thermal management strategies for cold starts of a proton exchange membrane fuel cell system. Applied Energy (279), Seite 115813. Elsevier. doi: 10.1016/j.apenergy.2020.115813. ISSN 0306-2619.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
6MB

Kurzfassung

A fast, reliable and harmless cold start for proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) systems is essential for transportation applications. This paper discusses an experimental study of different thermal management strategies of cold start for a PEMFC system. Our purpose is to identify an optimal thermal management strategy depending on the startup temperature, the startup time and energy efficiency of the system. A successful cold start requires the cells to warm up above 0°C before all the cathode catalyst layer pores are plugged with ice. To achieve this, there are several thermal management strategies which can be classified into passive (using heat generated within the stack) or active (using external heat). Both strategies were investigated with numerous tests starting from 0°C to -30°C using a 4 kW PEMFC stack. The results showed cold starts at -30°C were successful with a passive strategy. However, for quick cold starts with less ice formation, this strategy is only adequate at temperatures equal or bigger than -15°C. Although the use of a heater requires extra energy, active strategies at -25°C led to more favorable cold starts since avoid ice formation. In addition, at -25°C using the heater only until -15°C yielded to a quick and safe cold start, while improving the energy efficiency. Since at -15°C, the heat was generated by the reaction in the cathode catalyst layer, which means less heat losses and better energy efficiency. This study provides guidelines to optimize cold start strategies.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/136265/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Efficient thermal management strategies for cold starts of a proton exchange membrane fuel cell system
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Montaner Rios, GemaGema.MontanerRios (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8054-2245NICHT SPEZIFIZIERT
Schirmer, JohannesJohannes.Schirmer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gentner, ChristophChristoph.Gentner (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kallo, JosefJosef.Kallo (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:September 2020
Erschienen in:Applied Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.apenergy.2020.115813
Seitenbereich:Seite 115813
Verlag:Elsevier
ISSN:0306-2619
Status:veröffentlicht
Stichwörter:thermal management strategy, cold start, proton exchange membrane fuel cell, startup time, energy efficiency.
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Speicher und vernetzte Infrastrukturen
HGF - Programmthema:Brennstoffzellen
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (Brennstoffzellen) (alt)
Standort: Hamburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Energiesystemintegration
Hinterlegt von: Montaner Rios, Gema
Hinterlegt am:12 Jan 2023 20:08
Letzte Änderung:23 Okt 2023 13:16

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