A Review on Recent Advances and Challenges of Fuel Cell Electric Vehicles

Year 2024, , 424 - 439, 22.01.2024

Efe Savran , Mustafa Büyük Fatih Karpat

https://doi.org/10.47495/okufbed.1289835

Abstract

Fuel cell systems in electric vehicles are environmentally friendly and therefore they are being used especially in heavy-duty vehicles. Determination of the critical elements of this promising system increases its efficiency and reliability, and it facilitates the design process and guides Research and Development processes. In this study, reference studies were reviewed for general difficulties and performance-enhancing tips for fuel-cell electric vehicles. A total of 36 fuel cell system performance tips have been outlined along with 5 vehicle topology assessment studies. Also, total 19 different current studies and projects were reviewed. The results of this study showed that the fuel cell system has significant potential with small improvements. Factors such as temperature, humidity, material type, fuel cell stack, and air rate are found to be critical variables in fuel cell systems. Besides the variables, battery, supercapacitor, and hydrogen storage in the vehicle topology are significant factors for fuel-cell electric vehicles.

Keywords

fuel cell, hydrogen, electric vehicles, assesment

Thanks

Efe Savran, Ph.D. candidate in project code 119C154, would like to thank TUBITAK.

Yakıt Hücreli Elektrikli Araçların Zorlukları ve Son Gelişmeleri üzerine Derleme

Abstract

Elektrikli araçlarda yakıt pili sistemleri çevre dostudur ve bu nedenle özellikle ağır hizmet araçlarında kullanılmaktadır. Gelecek vaat eden bu sistemin kritik unsurlarının belirlenmesi, sistemin etkinliğini ve güvenilirliğini artırmakta, tasarım sürecini kolaylaştırmakta ve Ar-Ge süreçlerine yön vermektedir. Bu çalışmada, yakıt hücreli elektrikli araçlar için genel zorluklar ve performans artırıcı ipuçları için referans çalışmalar gözden geçirilmiştir. 5 araç topolojisi değerlendirmesiyle birlikte toplam 36 yakıt hücresi performans iyileştirici tavsiye ana hatlarıyla belirtilmiştir. Ayrıca toplam 19 farklı güncel çalışma ve proje incelenmiştir. Bu çalışmanın sonuçları, yakıt pili sisteminin küçük iyileştirmelerle önemli bir potansiyele sahip olduğunu göstermiştir. Yakıt hücresi sistemlerinde sıcaklık, nem, malzeme tipi, yakıt hücresi yığını ve hava hızı gibi faktörlerin kritik değişkenler olduğu bulunmuştur. Araç topolojisindeki değişkenlerin yanı sıra pil, süper kapasitör ve hidrojen depolama, yakıt hücreli elektrikli araçlar için önemli faktörlerdir.

Keywords

yakıt pili, elektrikli araçlar, hidrojen

References

• Abe JO., Popoola API., Ajenifuja E., Popoola OM. Hydrogen energy, economy and storage: review and recommendation. International Journal of Hydrogen Energy 2019; 44(29): 15072–15086.
• Ahmadi S., Bathaee S. M. T., Hosseinpour AH. Improving fuel economy and performance of a fuel-cell hybrid electric vehicle (fuel-cell, battery, and ultra-capacitor) using optimized energy management strategy. Energy Conversion and Management 2018; 160: 74–84.
• Ahmed KI., Ahmed, MH. Developing a novel design for a tubular solid oxide fuel cell current collector. Applied Sciences 2022; 12(12): 1–16.
• Al-Hamed KHM., Dincer I. A novel ammonia solid oxide fuel cell-based powering system with on-board hydrogen production for clean locomotives. Energy 2021; 220: 1–10.
• Alaswad A., Omran A., Sodre JR., Wilberforce T., Pignatelli G., Dassisti M., Baroutaji A., Olabi AG. Technical and commercial challenges of proton-exchange membrane (pem) fuel cells. Energies 2021; 14(1): 1–21.
• Baba MA., Labbadi M., Cherkaoui M., Maaroufi M. Fuel cell electric vehicles: a review of current power electronic converters topologies and technical challenges. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 2021; 785(1): 1–29.
• Ballard. Fuel cell electric buses cold weather operation technical notes. 2018.
• Borroni-Bird CE. Fuel cell commercialization ıssues for light-duty vehicle applications. Journal of Power Sources 1996; 61(1–2): 33–48.