Modelagem simples da temperatura de células de combustível de membrana de troca próton (PEMFC) usando variações de corrente de carga e temperatura ambiente

Este artigo propõe um modelo de temperatura simplificado para células de combustível de membrana de troca próton (PEMFC) com o intuito de estimar as temperaturas das PEMFCs com alta precisão usando sistemas de resfriamento a ar. Além de saber que a maioria dos modelos existentes foi projetada para sistemas específicos, o modelo proposto também se concentra em generalizar o modelo de temperatura convencional para fácil adoção por outras PEMFCs. O modelo proposto é desenvolvido com base na equação exponencial de primeira ordem para evitar as limitações de modelos de temperatura mecanicistas complexos. O modelo utiliza apenas as informações disponíveis de PEMFCs comerciais típicas, cujas principais entradas são a corrente, o tempo decorrido e a temperatura ambiente. Além disso, a área da PEMFC, o número de células na pilha e as correntes de operação alta/baixa foram incorporadas ao modelo proposto para garantir sua generalizabilidade e aplicabilidade a diferentes tecnologias de PEMFC com sistemas de resfriamento a ar sob várias condições ambientais. Os parâmetros do modelo foram otimizados usando o método de otimização de falcões Harris. O modelo proposto foi validado utilizando experimentos realizados nos sistemas PEMFC Horizon-500 W e NEXA-1.2 kW equipados com mecanismos de resfriamento a ar sob diferentes temperaturas ambientes e correntes de carga. O erro médio quadrático de todas as situações examinadas foi inferior a 0,5. O modelo proposto é útil para simulações, controladores dinâmicos em tempo real e emuladores devido à sua rápida resposta e alta precisão.