• 대한전기학회:학술대회논문집
• /
• 대한전기학회 2009년도 제40회 하계학술대회
• /
• pp.1033_1034
• /
• 2009

본 논문에서는 과도특성을 포함한 연료전지 모델을 입력전원으로 파라미터를 변화시키면서 시뮬레이션을 수행하고 DC전원 입력의 시뮬레이션 결과와 비교하여 과도특성이 부하 에너지와 공급 에너지의 불균형에 미치는 영향을 수치적으로 나타내었다. 또한, 자동차 주행패턴으로부터 부하 수요 에너지를 유도하고 연료전지 모델과 PCS 연동시뮬레이션 결과를 통해 배터리 용량의 최적설계기법을 기술한다.

• 공업화학전망
• /
• 제22권4호
• /
• pp.1-12
• /
• 2019

최근 전 세계적으로 이상화탄소 배출규제에 대응하기 위해 신에너지를 동력원으로 하는 자동차에 관심이 증가하고 있다. 그중 이온 교환막 연료전지(PEMFC)는 내연기관을 대신에 자동차 동력원으로 많이 사용되어지고 있으며 양산화를 위한 노력을 전 세계적으로 하고 있다. 하지만 이러한 수소 자동차가 시장과 소비자의 요구 조건을 충족하기 위해서는 내구성을 개선하여야 한다. 현재 선진사들을 중심으로 수소 자동차의 내구성을 개선하기 위해 노력하지만, 대부분 실험적 방법으로 내구성의 분석 및 평가를 수행하고 있다. 하지만, 이러한 방법은 비용과 시간이 많이 들기 때문에 경제적이지 못하다. 본 기고문에서는 내구성에 영향을 받는 인자, 연료전지 시스템 내구성을 예측하고 평가할 수 있는 수소 자동차 내구성 모델 개발에 필요한 수식에 관한 연구, 그리고 내구성 개선을 위한 해석적 방법(simulation)에 관한 연구 동향을 소개하고자 한다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제39권5호
• /
• pp.400-407
• /
• 2011

전해질 막의 응력 및 변화폭의 분포는 고분자 전해질 연료전지 (PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)의 피로수명의 중요한 인자이다. 본 논문에서는 연료전지 운전조건의 hygro-thermal 조건에 의해 전해질 막에 발생하는 기계적 응력 해석을 모델링 하였다. 기체확산층과 전해질 막 사이의 접촉해석이 여러 가지 온도, 습도 조건에 대하여 수행되었다. 구조 모델은 온도와 상대습도에 의존하는 비선형 재료물성을 적용하였다. 몇 가지 기하학적 조건들이 모델에 적용되었다. 구조해석 결과는 전해질 막의 변형이 체결조건에 크게 의존함을 보여주었다. 실험 데이터와의 비교를 통해 운전 조건에 대하여 피로수명 예측이 수행되었다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
• /
• 대한전기학회 2007년도 제38회 하계학술대회
• /
• pp.201-203
• /
• 2007

본 논문에서는, 연료전지 시스템의 기계적 주변장치 (MBOP)와 전기적 주변장치 (EBOP)의 최적 설계를 위해서 PEMFC 스택을 전기화학반응을 기초로 모델링한다. 모델링을 위해 기본적인 PEMFC의 구조와 동작 원리를 설명한다. 연료전지의 이론적 최고 전압인 평형전위를 깁스 자유에너지와 네른스트 방정식으로 유도한다. 전류밀도에 따른 전압 손실인 활성화, 저항, 농도 분극현상을 표현하기 위해서 수식을 유도한다. 수소가 이온화되지 못하고 산소극으로 넘어가서 발생되는 연료손실 및 내부전류와 지속적인 정역반응인 교환전류도 모델링된다. 평형전압에서 각 분극을 뺀 실제 운전 전압을 시뮬레이션하고, 유량과 압력에 따른 출력 특성을 시뮬레이션 한다. 부하변동 시 출력특성을 시뮬레이터와 실험결과로 비교한다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제35권6호
• /
• pp.765-772
• /
• 2011

본 연구에서는 선박 전원용 SOFC 시스템에 대한 HIL(Hardware-In-the-Loop)을 구축하기 위하여 실시간 코드 생성이 가능한 연료전지 시스템 모델을 개발을 하였다. 또한, 메탄을 연료로 사용한 내부개질형 500kW급 고체산화물형 연료전지 시스템에서 연료전지 스택으로 공급되는 애노드와 캐소드 공급가스의 온도 차이를 최소화하기 위하여 연료전지 스택 배기가스의 유량 분배, 연료 및 공기 공급 유량, 공급 공기 온도의 영향이 애노드 및 캐소드 공급 가스의 온도 특성과 연료전지 스택 출력 및 시스템 효율 등에 미치는 영향에 관하여 검토하였다. 그 결과 터빈 출구에 위치한 3-Way 밸브의 위치가 0.839에서 애노드와 캐소드 공급 가스 온도가 약 830K에서 동일하게 유지됨을 알 수 있었다. 또한, 애노드와 캐소드 공급 가스 온도를 높이기 위해서는 연료전지 스택 및 시스템 효율을 충분히 고려하여 메탄 공급 유량을 최적화하는 프로세스가 필요함을 알 수 있었다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
• /
• 한국태양에너지학회, 한국에너지공학회 1993년도 춘계 공동학술발표회 초록집
• /
• pp.96-100
• /
• 1993

상용 모사기인 ASPEN PLUS를 이용하여 메탄올을 원료로 한 고체 고분자 전해질 연료전지 발전 시스템의 정상상태 전산 모사를 실시하여 최적의 설계를 시도하였다. 연료전지 본체의 모사를 위하여 USER block과 FORTRAN block을 작성하였으며, 다른 공정은 ASPEN PLUS에서 제공되는 모델을 사용하였다. 모사 결과, 실제 경우와 근사한 값을 얻었으며, 이를 근거로 하여 조업조건에 따른 출력의 변화를 살펴봄으로써 효율을 최대로 하는 각 단위공정의 최적 조업조건을 찾아내었다. 이로부터 향후 실용화될 국내의 고체 고분자 전해질 연료전지 발전 시스템에 대한 기본 자료를 제시할 수 있으며, 개발되는 공정은 고온으로 조작되는 개질기의 열을 효율적으로 회수하여 이용함으로써 공정의 에너지 효율을 높이도록 하여야 한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
• /
• 대한전기학회 2009년도 춘계학술대회 논문집 에너지변화시스템부문
• /
• pp.271-273
• /
• 2009

본 논문은 연료전지의 동특성을 모델링하고 시뮬레이션 결과를 이용하여 시스템에서 에너지 보상 배터리의 최적화 설계 방법을 제안하였다. 다양한 전기화학방정식과 실제 연료전지의 측정 데이터를 기반으로 연료전지 모델링을 수행하고, 시뮬레이션 결과를 분석하여 시스템에서 요구되는 전력을 계산하여 배터리를 용량을 산정 하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
• /
• 전력전자학회 2008년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.39-41
• /
• 2008

본 논문에서는 PEM(Proton Exchange Membrane) 연료전지 스택의 동적 특성에 관한 시뮬레이션에 대하여 기술한다. 연료전지의 출력은 부하 변동에 따른 가스 압력의 변화와 동작 온도의 변화 등에 민감하게 반응하는 특성을 갖고 있다. 본 논문에서는 부하 변화에 따른 스택 내부 채널의 가스 압력 변화를 계산하고 이를 Nernst 방정식에 적용하여 출력전압의 변동을 계산한 뒤 부하에 따른 손실을 계산하는 방법으로 동적 모델링을 수행하고 이를 이용한 시뮬레이션을 실시하였다. 스택의 각종 파리미터는 실험을 통해 추출되었고, 이를 적용한 Matlab/Simulink 시뮬레이션을 통해 제안된 모델이 연료전지 스택의 정특성 및 동특성을 적절하게 추종함을 확인하였다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제26권5호
• /
• pp.569-575
• /
• 2020

본 연구에서는 선박 전원용 연료전지 시스템 모델을 개발하여 순수한 산소를 공급하여 진행한 실험 결과의 비교를 통하여 연료전지 시스템 모델을 검증하였다. 검증된 모델을 활용하여 공기 압축기를 사용하여 공기를 공급할 경우에 대하여 산소를 공급한 경우와의 연료전지 출력 특성을 비교 검토하였다. 또한, 연료전지 시스템의 열물성치 변화가 스택의 출력에 어떠한 영향을 미치는지에 관하여 검토하였다. 그 결과 본 연구의 실험 범위에서 캐소드 공급 가스로 순수한 산소를 공급한 경우의 모델링을 통한 계산 결과와 실험 결과는 전 부하 영역에서 거의 동일한 전압 및 출력을 얻을 수 있었다. 560 A의 일정한 부하에서 캐소드 공급용 산소를 대신하여 공기를 공급한 경우 각각의 스택 전압은 약 14 V, 스택 출력은 약 8 kW, 스택 효율은 약 3 % 및 전체 시스템 효율은 8 % 정도 낮아짐을 알 수 있었다. 본 연구에서 검토한 열물성치 중에서 스택에 대한 냉각수의 열전달 계수가 스택의 출력에 가장 큰 영향을 미침을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제54권6호
• /
• pp.847-853
• /
• 2016

본 연구에서는 3차원 전산유체역학 모델을 적용하여 서펜타인 유로를 갖는 고분자 전해질 분리막(PEM) 연료전지의 성능평가를 수행하였다. PEM 연료전지의 전산 모델은 등온조건하에서의 이동현상을 고려하여, 물질 및 운동량 전달, 전극에서의 반응속도론 그리고 전기적 흐름을 모두 포함하였다. 한편, 병류로 흐르도록 형성된 구조의 유로 형태는 본 연료전지모델에서 유로의 폭과 높이의 비인 종횡비와 유로와 립 폭의 비인 반응면적비를 변화시키며 다양한 형상으로 고려되었다. 유로의 형상이 변화될 경우 연료전지 내부의 수소와 산소의 질량분율 분포가 계산되었으며, 이에 따라, 활성화과전압의 계산 값이 변하게 되며 전류밀도 분포가 최종적으로 결정되었다. CFD 결과는 종횡비가 클수록 성능이 증가하고 반응면적비가 클수록 성능이 감소하는 것을 보였다. 본 연구의 모델에 의하면 서펜타인 유로의 형상에 의해, 성능특성이 경향성을 보이는 결과를 보여주었으며, 이와같은 결과는 다른 문헌에 보고 된 CFD 결과들과 전반적으로 잘 부합하는 것으로 나타났다.