Araç Uygulamalarında Kullanılan Hibrit Sistemler için PEM Yakıt Pillerinin Elektrokimyasal Modellenmesi

This manuscript focuses on the mathematical modeling of fuel cell vehicles based on a hybrid power system using Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) and vehicle dynamics model. The performance of a PEMFC is greatly affected by many different operating parameters such as temperature, membrane thickness, pressure, and humidity. This study addresses the electrochemical modeling of a 150-cell PEMFC stack in hybrid systems proposed for vehicle applications. The mathematical model of PEMFCs depends on simplified assumptions and semi-empirical equations. However, these approaches are used depending on the basic chemical and physical interactions occurring in PEMFC. Polarization curves of PEMFC for hybrid systems are discussed and the results of the mathematical model are compared with different parameters. In the proposed electrochemical model, it is observed that there is an advancement in the performance of the PEMFC stack with an increase in operating temperature at constant pressure and a decrease in membrane thickness. The developed mathematical model can predict the performance of the PEMFC stack under these conditions with reasonable accuracy, helping to design energy management systems for hybrid vehicles more effectively and efficiently.

Bu makale, Proton Değişim Membranlı Yakıt Hücresini (Proton Exchange Membrane Fuel Cell - PEMFC) ve araç dinamiği modeli kullanan hibrit sisteme dayalı olarak yakıt hücreli araca enerji sağlayan hibrit güç sisteminin matematiksel modellenmesine odaklanmaktadır. PEMFC’nin performansı; sıcaklık, membran kalınlığı, basınç ve nem gibi birçok farklı çalışma parametrelerinden büyük ölçüde etkilenir. Bu çalışmada, araç uygulamaları için önerilen hibrit sistemlerde 150 hücreli PEMFC yığınının elektrokimyasal modellenmesi ele alınmıştır. PEMFC’nin matematiksel modeli basitleştirilmiş varsayımlara ve yarı ampirik denklemlere dayanmaktadır. Ancak bu yaklaşımlar PEMFC’de meydana gelen temel kimyasal ve fiziksel etkileşimlere dayanarak kullanılmaktadır. Hibrit sistemler için PEMFC’nin polarizasyon eğrileri tartışılmış ve matematiksel modelin sonuçları farklı parametreler ile karşılaştırılmıştır. Önerilen elektrokimyasal modelde, sabit basınçta çalışma sıcaklığının artması ve membran kalınlığının azalmasıyla birlikte PEMFC yığının performansında bir iyileşme olduğu belirlenmiştir. Geliştirilen matematiksel model, bu koşullar altında PEMFC yığın performansını makul bir doğrulukla tahmin ederek hibrit araçların enerji yönetim sistemlerinin daha etkin ve verimli bir şekilde tasarlanmasına yardımcı olabilir.