Design of a low power system based on fuel cells

The design of a low power system based on a fuel cell and the series interconnection topology is proposed in this paper. The detailed design of the power electronics devices, the small signal and dynamic modeling of the system, and the associated control structures specification, design, and analysi...

Full description

Autores:
Álvarez, V. (Verónica)
García, A. F. (Andrés Felipe)
Ramos-Paja, C. A. (Carlos Andrés)
Saavedra-Montes, A. J. (Andrés Julián)
Arango Zuluaga, Eliana Isabel
Tipo de recurso:
Article of journal
Fecha de publicación:
2011
Institución:
Universidad EIA .
Repositorio:
Repositorio EIA .
Idioma:
eng
OAI Identifier:
oai:repository.eia.edu.co:11190/130
Acceso en línea:
https://repository.eia.edu.co/handle/11190/130
Palabra clave:
REI00179
ENERGÍA
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ENERGÍA BLANDA
SOFT ENERGY
FUEL CELL
DC/DC CONVERTERS
PROTECTION BASED DESIGN
ALTERNATIVE ENERGY
CELDA DE COMBUSTIBLE
CONVERTIDORES CD/CD
DISEÑO BASADO EN PROTECCIÓN
ENERGÍA ALTERNATIVA
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openAccess
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Derechos Reservados - Universidad EIA, 2020
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description The design of a low power system based on a fuel cell and the series interconnection topology is proposed in this paper. The detailed design of the power electronics devices, the small signal and dynamic modeling of the system, and the associated control structures specification, design, and analysis are presented. The converters are designed to protect the fuel cell from current harmonics and high frequency transients, and to provide regulated voltage to the load, which could exhibits both steady state and transient current profiles. The proposed design procedure is applicable to any power system based on fuel cells, and it is illustrated with an experimental H-30 fuel cell prototype, providing satisfactory detailed PSIM simulation and experimental results that validate the paper contributions.
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The detailed design of the power electronics devices, the small signal and dynamic modeling of the system, and the associated control structures specification, design, and analysis are presented. The converters are designed to protect the fuel cell from current harmonics and high frequency transients, and to provide regulated voltage to the load, which could exhibits both steady state and transient current profiles. The proposed design procedure is applicable to any power system based on fuel cells, and it is illustrated with an experimental H-30 fuel cell prototype, providing satisfactory detailed PSIM simulation and experimental results that validate the paper contributions.Este artículo presenta el diseño de un sistema de baja potencia basado en pilas de combustible y la topología de interconexión en serie. El artículo incluye el diseño detallado de los dispositivos de electrónica de potencia, el modelado dinámico y de pequeña señal del sistema y la especificación, diseño y análisis de las estructuras de control de los convertidores, que son diseñados para proteger la pila de combustible de los armónicos de corriente y los transitorios de alta frecuencia, además para garantizar un voltaje regulado en la carga, el cual puede exhibir perfiles de corriente de estado estable y transitorios. El diseño propuesto es aplicable a cualquier sistema de potencia basado en pilas de combustible y es ilustrado con la pila de combustible H-30, que muestra resultados satisfactorios en un ambiente de simulación con el software PSIM y en el prototipo experimental, los cuales validan las contribuciones del artículo.19 p.application/pdfengRevista EIAAl-Salaymeh, A.; Al-Hamamre, Z.; Sharaf, F. and Abdelkader, M. R. (2010). “Technical and economical assessment of the utilization of photovoltaic systems in residential buildings: The case of Jordan”. Energy Conversion and Management, vol. 51, No. 8, pp. 1719-1726.Corrêa, J. M.; Farret, F. A.; Canha, L. N. and Simões, M. G. (2004). “An electrochemical-based fuel-cell model suitable for electrical engineering automation approach”. IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 51, No. 5 (October), pp. 1103-1112.Crampsie, S. (2009). “A leading light - [power fuel cells]”. Engineering & Technology, vol. 4, No. 11 (June), pp. 50-53.Erickson, R. W. and Maksimovic, D. Fundamentals of power electronics. Springer Netherlands, 2001.Gencoglu, M. T. and Ural, Z. (2009). “Design of a PEM fuel cell system for residential application”. International Journal of Hydrogen Energy, vol. 34, No. 12 (June), pp. 5242-5248.Derechos Reservados - Universidad EIA, 2020https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/El autor de la obra, actuando en nombre propio, hace entrega del ejemplar respectivo y de sus anexos en formato digital o electrónico y autoriza a la ESCUELA DE INGENIERIA DE ANTIOQUIA, para que en los términos establecidos en la Ley 23 de 1982, Ley 44 de 1993, Decisión andina 351 de 1993, Decreto 460 de 1995, y demás normas generales sobre la materia, utilice y use por cualquier medio conocido o por conocer, los derechos patrimoniales de reproducción, comunicación pública, transformación y distribución de la obra objeto del presente documento. PARÁGRAFO: La presente autorización se hace extensiva no sólo a las dependencias y derechos de uso sobre la obra en formato o soporte material, sino también para formato virtual, electrónico, digital, y en red, internet, extranet, intranet, etc., y en general en cualquier formato conocido o por conocer. EL AUTOR, manifiesta que la obra objeto de la presente autorización es original y la realiza sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto la obra es de exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre la misma. PARÁGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la obra en cuestión, EL AUTOR, asumirá toda la responsabilidad, y saldrá en defensa de los derechos aquí autorizados; para todos los efectos la ESCUELA DE INGENIERÍA DE ANTIOQUIA actúa como un tercero de buena fe.info:eu-repo/semantics/openAccessAtribución-NoComercialhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2REI00179ENERGÍAENERGYENERGÍA BLANDASOFT ENERGYFUEL CELLDC/DC CONVERTERSPROTECTION BASED DESIGNALTERNATIVE ENERGYCELDA DE COMBUSTIBLECONVERTIDORES CD/CDDISEÑO BASADO EN PROTECCIÓNENERGÍA ALTERNATIVADesign of a low power system based on fuel cellsDesenho de um sistema de baixa potência baseado em células de combustívelDiseño de un sistema de baja potencia basado en celdas de combustibleArtículo de revistahttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501http://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionTexthttps://purl.org/redcol/resource_type/ARThttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Fondo Editorial EIAPublicationTHUMBNAILREI00179.pdf.jpgREI00179.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg11319https://repository.eia.edu.co/bitstreams/55ce85c2-19c6-4c53-b15d-73387627e842/download6b584144564126cececa28fc67ca09c6MD54ORIGINALREI00179.pdfREI00179.pdfapplication/pdf2719298https://repository.eia.edu.co/bitstreams/eed8ca01-4cc5-43f4-b868-ca95b3db1b41/downloadfa0df72604aa62e993bd3037a20d2dd8MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81494https://repository.eia.edu.co/bitstreams/ca871e64-22f9-452e-926c-6a8135f0cd3e/download66874b0b9366b748c60895d2fb6339f8MD52TEXTREI00179.pdf.txtREI00179.pdf.txtExtracted texttext/plain42282https://repository.eia.edu.co/bitstreams/8a7f9745-f251-408a-94a2-a2af317b6eab/download9b68b882b797b4505e5e3f778ccd1713MD5311190/130oai:repository.eia.edu.co:11190/1302023-07-25 17:09:37.896https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/Derechos Reservados - Universidad EIA, 2020open.accesshttps://repository.eia.edu.coRepositorio Institucional Universidad EIAbdigital@metabiblioteca.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