• Proceedings of the KIPE Conference
• /
• 2008.06a
• /
• pp.304-307
• /
• 2008

일반적으로 마이크로 전원으로 연료전지 발전장치는 100w ~수백kw의 용량을 가지며 종전의 대규모 전력설비와 비교하여 높은 신뢰도를 갖는 고품질의 전력을 공급할 수 있다. 본 연구에서는 소형 분산에너지원으로서 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell )연료전지를 사용하는 발전장치의 PSIM 모델을 설정하고 부하변화에 대한 연료전지 발전장치의 출력전압의 강인성을 살펴보았다. 연료전지 발전장치의 교류출력의 강인성은 선형 부하 및 비선형 부하가 급변하는 과도상태에서 파악하였다.

• Journal of the Korean Solar Energy Society
• /
• v.31 no.2
• /
• pp.1-7
• /
• 2011

PEM 연료전지에 있어서 수분의 균형이 연료전지의 시스템 성능에 현저한 영향을 미친다. 그래서 수분 균형은 가장 중요한 요소 중의 일부가 되었으며, 이에 관한 연구가 광범위하게 이루어지고 있다. 적절한 수분 균형을 유지하기 위해서는 적당한 멤브레인 수화작용(membrane hydration)이 필요하며, 반대로 촉매층(catalyst layer)에서의 익수(water flooding)현상이 없어져야 한다. 따라서 이와 같은 동적 상태에서 PEM 연료전지 내의 수분 균형을 유지하기 위해서는, 고도의 동적 수분 조정 기술이 확보되어야 한다. 현재의 연구는 이러한 특성을 고려하여 PEM 연료전지에서 동적부하 상태에서의 수분 이동에 관한 일차원 해석 모델에 관한 것이다. 금번 모델링의 결과, 양극촉매층(CCL, cathode catalystlayer)에서의 수분 상태는 거의 포화 단계에 이르고 있음을 보여주고 있으며, 이 모델링은 연료전지가 작동되는 동안의 CCL에 나타나는 수분의 양상을 예측하는데 활용될 수 있다. 본 논문에서는 수분 이동 모델이 국제규격에 따라 다양한 수송기관이 가동될 때, 동적부하 상태에서 서로 다른 차이점을 발견하기 위한 시뮬레이션 결과에 초점이 맞추어져 있다. 이 모델링을 적용한 결과, 수분 포화도가 상태에 따라 상이하게 나타남을 알 수 있었고, 또한 정적 수분 조절 요소에 따라 최적 상태가 모든 동적 분포에 따라 달라짐을 알 수 있었다.

• Proceedings of the KIEE Conference
• /
• 2008.11a
• /
• pp.95-97
• /
• 2008

본 논문에서는 연료전지발전용 고효율 계통 연계용 전력변환기를 제안한다. 제안하는 전력변환기는 3상 전류형 능동클램프 DC/DC 컨버터와 계통연계용 인버터로 구성되어 있다. 제안하는 전력변환기의 동작을 분석하기 위해 연료전지의 출력을 모의하는 모델과 제안하는 전력변환기의 모델을 PSCAD/EMTDC를 이용하여 개발하였다. 개발한 시뮬레이션모델을 이용한 분석을 토대로 실험에 의한 검증이 가능한 하드웨어장치의 기본 설계를 실시하였다. 제안하는 전력변환기는 정격출력에서 저 전압특성을 갖는 연료전지를 효율적으로 전력계통에 연계하는데 유용할 것으로 보인다.

• Proceedings of the KIEE Conference
• /
• 2009.04b
• /
• pp.209-211
• /
• 2009

본 논문에서는 고효율 DC-DC 컨버터와 인버터에 의한 연료전지발전용 전력변환기를 제안한다. 제안하는 전력변환기는 Boost Converter와 LLC공진 컨버터의 2 stage 조합으로 구성되어 있다. 제안하는 전력변환기의 동작을 분석하기 위해 PSCAD/EMTDC를 이용하여 연료전지의 출력 동특성을 나타내는 모델과 제안하는 전력변환기의 모델을 개발하였다. 시뮬레이션모델의 검증을 위해 하드웨어장치를 구성하여 실험을 실시하였다. 제안하는 전력변환기는 정격출력에서 저전압특성을 갖는 연료전지를 전력계통에 고효율로 연계하는데 유용할 것으로 보인다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.38 no.2
• /
• pp.121-128
• /
• 2014

This study aims to develop a simulation bed for the mechanical balance of plants of high temperature fuel cells such as molten carbonate fuel cells. For using fuel cells in transportation, the optimization of the balance of plants should be considered. In this study, the dynamic model of a molten carbonate fuel cell and the model's responses to inlet gas composition, pressure, flow rate, and stack temperature were analyzed. On/off simulation was performed for testing the dynamic model's feasibility. The simulation results are in reasonable agreement with the experimental results from published literatures.

• Proceedings of the KIPE Conference
• /
• 2011.11a
• /
• pp.283-284
• /
• 2011

연료전지는 다른 대체에너지원에 비해 효율이 높고 소음이 거의 없으며 친환경적이라는 장점으로 인해 각광받고 있다. 연료전지는 수소와 산소의 전기화학반응으로 물이 생성되는데, 이때 전기와 열이 발생한다. 또한, 저전압 대전류의 특성을 가지며 부하에 따른 출력전압의 변동이 크므로 전압을 조정해야 한다. 따라서 저전압을 승압하기 위한 DC/DC Boost(이하 부스트)컨버터가 필요하다. 본 논문에서는 연료전지를 이용한 배터리 충전 시스템을 구성하고, 그 기능을 MATLAB/SIMULINK의 모델과 시뮬레이션을 통해 확인한다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.41 no.4
• /
• pp.257-268
• /
• 2017

This paper proposes an efficient two-dimensional simulation model for solid oxide fuel cells (SOFCs) based on the electrochemical effectiveness model. The effectiveness model is known to accurately predict the current generation performance of SOFC electrodes, by considering the complex reaction/transport processes that occur within thin active functional layers near the electrolyte. After validation tests, the two-dimensional simulation model was used to calculate the distribution of current density and oxygen concentration transverse to the flow channel in anode-supported SOFCs, with which the oxygen depletion characteristics were investigated in detail. In addition, simulations were also conducted to determine the minimum number of grids required in the transverse direction to efficiently obtain accurate results.

• Journal of the Korean Solar Energy Society
• /
• v.31 no.5
• /
• pp.91-98
• /
• 2011

연료전지 차랑용에 있어서 공기 가습 및 감습의 중요성은 매우 크다. 특히 PEM(Proton Exchange Membrane)연료전지에서 수분평형은 총괄시스템성능에 큰 영향을 미치는 요소인데, 이에 관한 중요한 연구가 지금까지 광범위하게 수행되고 있다. 또한 차량과 같이 동적부하 연료전지를 활용하는 분야에 있어서, 전류의 흐름은 차량용 파워 부하에 크게 영향을 받는다. 따라서 전기적 흐름이 발생하면, 이에 따라 수분이 발생하게 되는데, 이러한 응축 수분은 예측이 되며, 수관리 시스템에서 이를 중요한 제어 기준으로 활용한다. 그러므로 적절한 제어방법을 선택하면 유입공기의 온도와 습도의 최적값을 얻을 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 PEM 연료전지의 수관리를 위하여 수분전달 모델과 유전알고리즘(genetic algorithm)을 사용하는 제어방법에 초점을 두고 있다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.34 no.1
• /
• pp.19-26
• /
• 2010

A PEMFC(proton exchange membrane fuel cell) is a good candidate for residential power generation to be coped with the shortage of fossil fuel and green house gas emission. The attractive benefit of the PEMFC is to produce electric power as well as hot water for home usage. The thermal management of PEMFC for RPG is to utilize the heat of PEMFC so that the PEMFC can be operated at its optimal efficiency. In this study, thermal management system of PEMFC stack is modeled to understand the dynamic response during load change. The thermal management system of PEMFC for RPGFC is composed of two cooling circuits, one for controling the fuel cell temperature and the other for heating up the water for home usage. The different operating strategy is applied for each cooling circuit considering the duty of those two circuits. Even though the capacity of PEMFC system (1kW) is enough to supply hot domestic water for residence, heat-up of reservior takes some hours. Therefore, in this study, time schedule of the simulation reflects the heat-up process. Dynamic responses and operating strategies of the PEMFC system are investigated during load changes.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.36 no.12
• /
• pp.1185-1192
• /
• 2012

The typical operating temperature of an automotive fuel cell is lower than that of an internal combustion engine, which necessitates a refined strategy for thermal management. In particular, the performance of the cooling module has to be higher for a fuel cell system because the temperature difference between the fuel cell and the surrounding is lower than in the case of the internal combustion engine. Even though the cooling system of an automotive fuel cell determines the operating temperature and temperature distribution of the fuel cell, it has attracted little research attention. This study presents the mathematical model of a cooling system for an automotive fuel cell system using Matlab/$Simulink^{(R)}$. In particular, a radiator model is developed for design optimization from the development stage to the operating stage for an automotive fuel cell. The cooling system model comprises a fan, pump, and radiator. The pump and fan model have an empirical relation, and the dynamics of the pump and fan are only explained by motor dynamics. The basic design study was conducted, and the geometric setup of the radiator was investigated. When the control logic was applied, the pump senses the coolant inlet temperature and the fan senses the coolant out temperature. Additionally, the cooling module is integrated with the fuel cell system model so that the performance of the cooling module can be investigated under realistic operating conditions.