Abstract
Polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC) requires cooling system to maintain the proper operating temperature(about $65^{\circ}C{\sim}75^{\circ}C$) because the efficiency and power are affected by operating temperature. In order to retain the operating temperature of PEMFC, cooling system and coolant control logic are needed. Hardware-in-the-loop simulation(HILS) is one of effective methods to study and evaluate control algorithm. In this paper, the HILS system was designed to study the coolant control algorithm. The models of HILS system consisted of PEMFC, heat exchanger, and external environment associated with temperature. The hardwares in HILS system are 3-way valves, pumps, and a heat exchanger. The priority control and the control target temperature were investigated to improve the control performance using HILS. The 3-way valve in $1^{st}$ cooling circuit was selected as priority control target. The under limit value of $2^{nd}$ 3-way valve set as a function of PEMFC power and $2^{nd}$ circuit coolant temperature to correct temperature control performance. As a result, the temperature of PEMFC is stably controlled.
고분자 전해질 연료전지는 운전온도에 따라 효율과 출력이 변화하기 때문에 $65^{\circ}C{\sim}75^{\circ}C$정도의 적정 운전온도를 유지하기 위한 냉각시스템을 필요로 한다. 따라서 PEMFC 운전온도를 유지하기 위한 냉각시스템 및 이를 위한 제어로직을 적용할 필요가 있다. HILS는 이러한 냉각시스템 제어로직을 검증하고 연구하기 위한 방법 중 하나이다. 본 논문에서는 냉각수 제어 알고리즘 연구를 위해 HILS 시스템을 구성하였다. HILS 시스템 모델은 PEMFC, 열교환기 및 온도와 관련한 외부환경 모델로 구성되며, HILS 시스템의 하드웨어는 삼방밸브, 펌프, 열교환기로 이루어진다. 이러한 HILS를 활용하여 냉각시스템 제어 효율 향상을 위한 제어우선순위 및 제어 대상온도 설정에 대한 연구를 수행하였다. 1차 냉각회로의 삼방밸브를 우선제어대상으로 설정하고, 2차 냉각회로의 온도제어성능 보정을 위해 2차 냉각회로 삼방밸브의 개도율 하한값을 PEMFC 출력과 2차 냉각회로 냉각수 온도의 함수로 작성하여 온도제어성능을 보상할 수 있도록 하였다. 그 결과 안정적인 PEMFC 온도 제어성능을 확인하였다.