بررسی ویژگی‌های افزایش دما و کنترل سرعت جریان خنک‌ کننده در طول نقص در پیل های سوختی PEM

در سیستم‌های پیل سوختی PEM واقعی، میزان جریان خنک ‌کننده معمولا برای حفظ دمای از پیش تعیین ‌شده در خروجی خنک ‌کننده کنترل می‌شود. این بدان معنی است که تغییر در میزان جریان ورودی خنک ‌کننده شاخص خوبی از عملکرد نادرست پشته پیل سوختی PEM و اجزای سیستم است. در این مطالعه، انواع عملکرد نادرست پیل سوختی براساس استراتژی عملی کنترل جریان خنک ‌کننده با استفاده از یک مدل پیل سوختی PEM سه‌بعدی، دو فازی و چند مقیاسی شبیه‌ سازی شده‌ است. تمرکز بر تحلیل ویژگی‌های تغییر سرعت جریان خنک‌ کننده همراه با افت ولتاژ در موارد مختلف نقص عملکرد پیل سوختی است. پیش‌بینی‌های مدل نشان می‌دهد که به طور کلی، میزان جریان خنک‌ کننده متناسب با درجه تخریب ولتاژ افزایش می‌یابد، اما افزایش دما در داخل مونتاژ الکترود غشا (‏MEA) ‏همیشه به افت ولتاژ مربوط نیست و بیشتر تحت ‌تاثیر توزیع چگالی جریان محلی قرار می‌گیرد. اگر چه مقایسه عددی حاضر بین موارد عملکرد نادرست و عادی در چگالی جریان پایین انجام می‌شود، رفتار عمومی پیل در چگالی‌های جریان بالاتر به دلیل رابطه معکوس بین عملکرد پیل و تولید حرارت پسماند تغییر نخواهد کرد. در ت

Highlights•The fuel cell model was applied to the cell geometry with coolant channels.•The change in the coolant flow rate is a good indicator of fuel cell malfunctions.•Cell temperature rise is not always proportional to the level of voltage degradation.•The cell temperature rise is mainly affected by current density distribution.AbstractIn actual PEM fuel cell systems, the coolant flow rate is generally controlled to maintain a preset temperature at the coolant outlet. This implies that a change in coolant supply flow rate is a good early indicator of a malfunctioning PEM fuel cell stack and system components. In this study, various fuel cell malfunctions are simulated based on the practical coolant flow control strategy by using a three-dimensional, two-phase, multiscale PEM fuel cell model developed in our previous studies. The focus is on analysis of the characteristics of coolant flow rate change along with voltage degradation in various fuel cell malfunction cases. The model pre