A computationally efficient and high-fidelity 1D steady-state performance model for PEM fuel cells
Notice bibliographique
Résumé
Abstract The performance of a proton exchange membrane (PEM) fuel cell is determined by many factors, including operating conditions, component specifications, and system design, making it challenging to predict its performance over a wide range of operating conditions. Existing fuel cell models can be complex and computationally demanding or may be over-simplified by neglecting many transport phenomena. Therefore, a high-fidelity and computationally efficient model is urgently needed for the model-based control of fuel cells. In this study, semi-implicit multi-physics numerical models have been established, taking the mass, momentum, reactants, liquid water, membrane water, electrons, ions, and energy in all fuel cell components into account. The developed 1D model is of high fidelity by incorporating the two-phase flow, non-isothermal effect, and convection, and is still computationally efficient. These models are validated against data from an auto manufacturer with good agreements, and the computing efficiency is evaluated on a modest laptop computer. The modeling results suggest that the two-phase flow model exhibits better prediction accuracy than the single-phase flow model when reactants are fully humidified, while under low humidity conditions, the two models present equivalent performance as liquid water does not exist in the fuel cell components. The results also suggest that the maximum convective/diffusive ratio of H2, O2, and vapor mass fluxes can be 12%, 5.3%, and 35%, respectively, which are ignored in most diffusion-dominant models. The developed models are computationally efficient, requiring only 0.56 s and 0.26 s to simulate a steady-state operation of fuel cells for the two- and single-phase flow models, respectively. This implies that the developed models are suitable for the control of PEM fuel cells.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».