A Basic Experimental Study on Performance of Proton Exchange Membrane Fuel Cell System for Vehicle

PEM 연료전지 자동차 적용을 위한 성능실험에 관한 기초연구

Not only study of fuel cell performance but study of fuel cell application is very important, therefore these studies were paralleled together for the commercialization of exciting power generation. The objective of this study is to determine the characteristics of shaft power and efficiency as a function of rpm and to compare natural convection air method to forced air method. From these results, performance of forced air was better than that of natural convection air because it enables to improve mass transportation by increasing air flow rate. With decreasing shaft power, efficiency of fuel cell decreases remarkably because dc motor drives at the low range of efficiency. Fuel cell powered vehicle has to be driven considering efficiency and shaft power. It should be driven at 35-45% of efficiency and 0.55-0.75v/cell.

연료전지 응용분야에 대한 실험연구는 연료전지 성능향상 등의 기초연구와 더불어 매우 중요하며 차세대 동력원으로써 상용화되기 위해서는 이러한 연구가 함께 병행되어야 한다. 본 실험은 고분자 전해질형 연료전지(PEM Fuel Cell)의 시스템을 차량에 적용할 수 있도록 연료전지스택의 기본특성 및 rpm에 따른 축출력과 효율 특성을 알아 보았으며 자연대류 공기방식과 강제 공급방식간의 전압, 전류, 출력특성을 비교 분석하였다. 본 실험을 통해 자연대류방식의 경우 반응공기량의 제한으로 인하여 항상 전류한계 성향이 나타나는 것을 알 수 있었으며 강제공기 공급방식은 성능면에서 자연대류 공급방식보다 우수하였다. 이것은 자연대류 방식과는 달리 공기유량 및 속도의 증가로 인하여 공기가 공기극에서 원활히 반응하였기 때문이다. 축출력에 따른 효율변화는 조합시스템의 경우 축출력이 낮아질수록 연료전지 효율과 달리 현저히 감소하였으며 이는 모터가 효율이 낮은 범위에서 구동되었기 때문이다. 연료전지 자동차는 축출력과 스택의 효율을 고려한 운전이 이루어져야 하며 스택의 효율이 35%-45% 범위인 0.55-0.75V/cell에서 이루어져야한다.