마이크로프로세서를 이용한 소형 PEM 연료전지 스택의 제어

소개

마이크로프로세서를 이용한 소형 PEM 연료전지 스택의 제어

목차

국문초록

제 1 장 서 론

제 2 장 본 론
2.1 150W 소형 연료전지 시스템의 구성
2.2 마이크로프로세서를 이용한 스택의 제어
2.2.1 연료전지 스택의 반응에 필요한 공기유량
2.2.2 연료전지 스택의 냉각에 필요한 공기유량
2.2.3 최적의 운전조건에서 계측된 총 공기유량
2.2.4 마이크로프로세서에 의한 스택의 제어
2.3 실험 및 고찰

제 4 장 결 론

참고문헌

본문내용

본 논문에서는 소형 PEM(Proton Exchange Membrane) 연료전지 스택의 마이크로프로세서를 이용한 제어에 관하여 기술한다. 소형 연료전지에서 연료와 냉각용 공기의 공급은 시스템의 운전 안정성을 좌우하는 중요한 요소이며, 따라서 이를 정확히 제어하는 것이 요구된다. 최적의 운전조건에서의 공기유량과 퍼지주기를 측정하고 이를 바탕으로 BOP(Balance of Plant)를 제어함으로써 연료 효율을 향상시킬 수 있었으며, 이를 실험을 통해 검증하였다. 개발된 회로 및 알고리즘은 소형 연료전지용 제어회로에 널리 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

제 1 장 서 론

PEM(Proton Exchange Membrane) 연료전지는 저온에서 동작하기 때문에 빠르게 시동할 수 있고 MEA(Membrane Electrode Assembly)가 얇아서 콤팩트하게 만들 수 있으며 스택을 어느 방향으로 놓아도 동작한다는 장점 등으로 인해 자동차용이나 휴대용으로 사용하기에 적당하다. 하지만 PEM 연료전지에서 전해질의 수분관리와 스택의 온도관리는 안정된 출력을 얻는데 매우 중요한 문제이다[1]. 수분의 양이 너무 많으면 Flooding이 되며, 또한 너무 적으면 Dehydration 되어 MEA의 성능을 저하시키게 된다. 이는 곧 연료전지의 성능 저하를 뜻하므로 시스템의 안정된 출력을 위해서는 냉각팬의 제어와 잉여 수분의 방출을 위한 퍼지 주기(Purge Cycle)의 제어가 매우 중요하다. 무가습의 소형 연료전지 시스템의 경우 연료는 압력에 의해 자동으로 공급되기 때문에 냉각팬은 연료전지 스택의 온도가 상승하였을 경우 자연 냉각에 의해 방출하지 못하는 열을 방출 시키는 역할을 하는 동시에 MEA의 습도를 적절하게 유지하는 역할을 한다. 잉여 수분의 퍼지를 위해 사용되는 솔레노이드 밸브도 시스템의 상태에 따라 그 주기가 변경되어야 하며, 이들을 최적으로 제어하여 최소한의 전력을 사용하도록 하여야 운전 효율을 극대화 할 수 있다.

참고자료

· [1] James Larminie, Andrew Dicks, Fuel Cell Systems Explained: Second Edition, Wiley. pp. 90-118, 2003.
· [2] Felix N. Buchi, Supramaniam Srinivasan, "Operating Proton Exchange Membrane Fuel Cells Without External Humidification of the Reactant Gases : Fundamental Aspects", Journal of Electrochemical Society 144(8), pp. 2767-2772, 1997.
· [3] 김대현, 최우진, "PEM 연료전지를 이용하는 휴대용 전원의 개발", 전력전자 학술대회 논문집, pp. 61-63, 2007.
· [4] F. Dundar, F. Barbir, H. Gorgun, A. Ata, "Designing PEM Fuel Cell for Portable Applications", Proceedings International Hydrogen Energy Congress and Exhibition IHEC, pp. 13-15, 2005.
· [5] Frano Barbir, PEM Fuel Cells -Theory and Practice, Academic Pr. pp. 147-203, 2005.