• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.184-187
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• 2007

본 논문은 DSP Controller를 적용한 연료전지시스템의 유량제어에 관한 논문이다. 그리고 이 연구에서 사용된 시스템은 1kW급 계통연계 연료전지 시스템이다. 이 연료전지 시스템이 안정적으로 전원을 공급할 수 있도록 시스템에서 요구하는 공기 유량을 정확히 공급하도록 제어하는 것이 본 연구의 목적이다. 이 목적을 이루기 위해 공기 공급 장치에 PID 제어기를 설계하여 적용하였다. PID 제어기의 Gain값은 지글러 니콜스 Tuning 방식으로 정하였다. 이 제어기를 적용하여 실험한 결과, 적용 전 상태와 비교하면 맥동이 30% 저감하였고, 정상상태 오차가 제거되어 온도 변화와 같은 외란과 상관없이 정확한 요구 공기 유량을 공급함을 확인할 수 있었다. 그리고 부하가 변동함에 따라 해당 요구 공기 유량이 바뀔 때 1초 내에 그 요구 공기 유량을 추종하여 스택이 안정적으로 운전될 수 있도록 하였다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2006.06a
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• pp.216-218
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• 2006

본 논문에서는 연료전지용 듀얼 부스트 컨버터의 전압제어루프의 피드백 루프에 디지털 필터를 도입하여 부하에 의해 발생하는 출력전압의 저고조파 리플성분을 제거한 측정값을 사용함으로써 입력전류의 저고조파 리플을 제거하고, 전류제어루프에 predictive deadbeat 제어기법을 적용하여 제어주기와 제어알고리듬 계산에 의한 시간적 지연에 의해 발생되는 동적응답특성의 저하를 최소화한다. 센서를 사용하는 대신 연료전지 스택에 공급되는 수소와 공기의 압력과 스택의 출력전류에 결정되는 연료전지의 전압-전류 특성곡선을 이용하여 부스터 컨버터의 입력전압을 계산하고 전류를 제어함으로써 연료전지 시스템의 성능을 최적화한다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2009.11a
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• pp.120-122
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• 2009

발전용 연료전지 시스템은 수소와 산소를 공급받아 직류전기와 열로 변화시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료와 공기를 공급해주는 MBOP(Mechanical Balance Of Plant), 연료전지의 출력을 계통에 연계시키는 EBOP(Electrical Balance Of Plant)로 구성된다. EBOP 시스템은 병렬 연결된 1.5MW PCU(Power Conversion Unit)로 구성되며, 각 PCU는 750kW 인버터가 병렬로 구성된다. 본 논문에서는 4병렬로 구성된 3MW급 연료전지용 EBOP의 병렬제어 알고리즘을 소개한다. 제안한 병렬제어 알고리즘은 과도응답이 빠르고 순환전류가 없는 제어특성을 가진다. 그리고 시뮬레이션과 실험으로 제안한 알고리즘의 성능을 확인한다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2000.07a
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• pp.682-684
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• 2000

에너지 절약과 환경 공해분제 그리고 최근에 부각되고 있는 지구온난화 문제 등을 해결하기 위해 고효율 발전시스템인 연료전지가 주목을 받고 있다 연료전지는 연소과정 없이 화학에너지를 전기 화학적으로 직접 전기로 변환시키는 시스템으로 효율이 높고 공해 물질의 배출이 거의 없기 때문에 매우 이상적인 발전장치이다. 연료전지 발전시스템의 철거 제어기 설계를 위해 필요한 운전 조건 즉 운전온도 압력 등의 운전조건과 연료 농도 공급량이 전지의 성능에 미치는 영향에 대한 특성을분석하였고 이들을 정리하여 최적제어를 위한 기본방식을 얻기 위해 이용하였다 실재 스택에 적용하기 위한 관련 측정시스템과 제어기는 dSPACE-1103과 ControlDesk를 사용하여 구성하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.205-205
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• 2012

Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) 장치는 국내 유일의 초전도 자석을 이용한 핵융합 연구 장치로서 초고온의 플라즈마를 생성하여 차세대 에너지원인 핵융합 에너지를 획득하는 것을 목표로 두고 있다. 플라즈마를 생성부터 유지하기 위해서는 수소 동위원소를 토카막 내부로 공급해 주어야 하는데 이러한 수소동위원소를 "연료"라 부르며, 이 연료를 토카막 내부로 공급해 주는 시스템을 연료주입 시스템(Fueling System)이라고 한다. KSTAR에서는 토카막 내부로 고속의 연료 주입이 필요하고 정밀한 양의 연료를 공급하는 밸브를 사용하여야 하며, 이러한 밸브를 제어 할 수 있는 제어기를 필요로 한다. 위의 사항에 적합한 피에조 밸브(Piezoelectric Valve)는 2 msec 이내의 개폐시간과 500 Torr ${\ell}$/s 이상의 유량을 흘려줄 수 있는 피에조 밸브로 압전소자에 가해지는 전압(0~250 V)에 따라 변위의 양에 비례하여 연료가 진공용기 내로 유입된다. 압전소자의 변위는 최대 140 ${\mu}m$로 최적화되어 있어야 하며, 정전용량(Capacitance)는 30~40 nF이어야 한다. 또한 소자에 힘(Force)를 가해 최대 7 N으로 136 ${\mu}m$의 변위를 가진 소자를 사용해야 한다. 피에조 밸브의 특성으로는 아날로그 신호로 작동이 되어야 하며, 유량신호를 피드백하여 밸브의 구동 전압을 정밀하게 제어 되어야 한다. 피드백 제어를 위해 압력센서는 XCS-190 Series를 사용하여 낮은 유량에서도 민감하게 반응하도록 제작하였으며, 고전압이 유기 되었을 때 제어기를 보호하기 위한 정션박스를 설치하였다. 밸브 제어기는 피에조 밸브의 개방 속도를 높이기 위해 밸브 구동 전압을 순간적으로 높이는 POP 전압을 생성하는 기능과 유량 신호를 피드백해서 밸브 구동 전압을 정밀 제어 하는 기능을 가지고 있다. 제어장치는 아날로그 및 디지털 제어회로의 전원용 +15 V DC와 밸브 구동용 +250 V DC 출력용의 전원 공급 장치(Power supply unit), 펄스 및 트리거 신호를 생성하는 Master Programmer unit), Pop 전압과 피드백의 중요한 기능을 수행하는 Valve controller unit로 제작 되었다. 피에조 밸브와 제어기는 상호 작용하여 동작을 원활히 할 수 있도록 특성 실험을 진행하여야 하며, 진공상태에서 Lack의 유무를 확인하여야 한다. 현재 개발 제작된 밸브의 진공누설시험 및 특성실험을 진행하고 있으며, KSTAR 5차 캠페인에 적용할 계획이다.

• The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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• v.15 no.2
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• pp.134-141
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• 2010

Small PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cell systems do not require humidification and have great commercialization possibilities. However, methods for controlling small PEM fuel cell stacks have not been clearly established. In this paper, a control method for small PEM fuel cell systems using a dual closed loop with a static feedforward structure is defined and realized using a DSP (Digital Signal Processor). The fundamental elements that need to be controlled in fuel cell systems include the supply of air and hydrogen, water management inside the stack, and heat management of the stack. For small PEM fuel cell stacks operated without a separate humidifier, fans are essential for air supply, heat management, and water management of the stack. A purge valve discharges surplus water from the stack. The proposed method controls the fan using double control loops to quicken transient response of the fan thereby improving the supply rate of air. Feedback control to compensate for the voltage change in fuel cell stack improves the response characteristics in fuel cell to load variations. The feasibility of proposed method was proved by the experiments with a 60W small PEM fuel cell system and operation of a notebook computer using this system.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2005.07a
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• pp.354-356
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• 2005

본 논문에서는 연료전지 자동차와 같은 하이브리드 시스템에서 양방향 DC-DC 컨버터에 의한 충${\cdot}$방전 동작시 원하는 지령전력을 정확히 제어하여 연료전지의 과부하에 의한 전지수명단축과 연료이용률저하에 의한 연료소모 문제를 개선하기 위한전력제어기를 제안하고자 한다. 또한 연료이용률과 배터리의 SOC를 일정하게 제어하여 에너지를 효율적으로 사용하기 위한 양방향컨버터의 충${\cdot}$방전운전 알고리즘을 제안한다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2009.12a
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• pp.279-282
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• 2009

Motohawk ECU(Engine Control Unit)에 의한 가솔린기관의 연료분사제어 알고리즘 연구를 통하여 연비를 절감할 수 있는 방안을 연구한다. 실제 차량엔진 ECU는 캘리브레이션 이외의 제어 알고리즘을 변경하여 구현하기가 쉽지 않으므로 상기의 프로토타입 ECU를 활용하여 연료분사제어 로직을 변경해가면서 연료분사와 관련된 여러가지 파라메터의 연구가 가능하다. 또한 프로그래밍은 Matlab과 Simulink로 구현할 수 있어서 최적연비를 얻기 위한 로직의 구현을 실시간으로 할 수 있으며 차량의 특성상 프로그램의 임베딩이 가능하여야 하므로 이러한 목적에 프로토타입 ECU에 의한 로직개발은 많은 장점이 있다. 이러한 ECU를 활용하여 여러 가지 제어 변수에 의한 최적화된 연료분사 로직의 설계 및 미치는 영향을 평가한다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2000.07d
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• pp.2336-2338
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• 2000

고효율, 무공해의 신발전 기술인 연료전지 발전은 발전 용량 및 스택구성에 따라 차이가 있으나 기본적으로 저전압, 대전류 특성과 부하에 따라 발전 전압이 크게 변동하는 특성을 갖는 직류전원으로써 이를 상용으로 이용하기 위해서는 연료전지 발전 전력을 안정된 전력으로 변환하여 주는 장치가 필요하며, 이러한 전력 변환장치가 연료전지 발전의 최종 출력 전원의 질을 결정한다. 연료전지 전력변환장치는 전압조절기능, 승압 기능을 가져야 하고, 연료전지 본체와 부하를 안정하게 운전하기 위해 전력변환장치 뿐만 아니라 부하와 연료전지 본체의 운전상태 감지 기능, 각종 장치의 보호와 제어기능을 가져야 한다. 본 논문의 목적은 자동차용 연료전지 출력 전력변환장치의 종합제어장치의 설계를 위해 연료전지 스택시뮬레이터를 개발하는 것이다. 연료전지 스택 시뮬레이터는 연료전지 발전 특성과 일치하는 전력을 출력해 주는 직류전원 공급장치로써 이를 이용하여 연료전지 출력 전력변환장치의 종합제어장치를 충분한 예비실험과 수정, 보완함으로써 연료전지용 전력변환 시스템의 성능개선, 안정성 향상 등을 가질 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.287-287
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• 2009

연료전지는 전기에너지와 열에너지를 동시에 사용 할 수 있기 때문에 에너지 효율이 높고 유해 배기물이 거의 없으므로 친환경적이다. 따라서 환경문제가 대두되고 있는 오늘날, 고효율 친환경의 연료 전지는 차세대 에너지원으로 각광받고 있다. 보일러와 계통선에서 열과 전기를 공급받는 기존방식에 비해 연료전지 코제너레이션 시스템의 경우 20%이상 에너지 절감율을 향상시킬 수 있다. 기존 10kW이하의 소용량 발전설비의 경우 대형 발전소와 같은 수준인 30%이상의 전기 효율을 기대할 수 없으나 고분자 전해질 연료전지를 적용할 경우 1kW급에서도 35%의 전기 효율을 기대할 수 있으며 열회수까지 고려할 경우 80%에 가까운 열효율을 달성할 수 있다.(4)연료전지 시스템은 연료전지 스택 이외에, 연료변환장치, 급기설비, 열 및 물관리 설비, 전력변환장치 그리고 제어 장치 등으로 구성된다. 연료전지 시스템 성능은 연료전지 스택의 성능에 가장 의존적인데 연료전지 스택의 성능은 같은 스택이라도 운전 및 제어 방법에 따라서 다양하게 변할 수 있다. 실제로 연료전지 스택 자체의 전기 변환 효율은 최대 40% 까지로 매우 높으나, 다양한 운전 조건에 따라 효율이 30~40% 수준에서 변화는 것이 현실이다. 때문에 시스템을 설계할 때에는 종합화된 시스템 측면에서의 운전까지 고려한 설계와 성능 해석이 필요하다. 그간 연료전지를 활용한 가정용 열병합 발전분야에서는 시스템 설계를 위한 시뮬레이션 기반 성능 해석에 관한 연구가 활발히 진행되어왔다. 하지만 연료전지 스택의 경우 간이화된 성능 모델식을 사용하여 이로 인한 성능 예측모델의 오차가 크게 발생하여 전체 시스템 최적화의 저해요인으로 작용하여왔다. 따라서 본 연구에서는 가정용 연료전지 열병합 발전 시스템을 자체적으로 설계 개발하였으며 이 중 연료전지 스택의 성능모델을 실험기반으로 구축하였다. 먼저 가정용 연료전지 열병합 발전 시스템의 설계는 크게 네 단계로 구분되며 이는 1) 시스템 개념 설계, 2) 연료전지 스택 설계, 3) 주변장치 설계, 4) 제어시스템 설계로 이뤄진다. 연료전지 스택의 성능 모델은 고분자연료전지의 성능에 가장 민감하게 영향을 미치는 온도 및 습도의 변화에 따른 다양한 스택 성능을 예측 가능하도록 개발하였으며 이는 간단한 이론 모델의 구조에 실험 데이터를 기반으로 모델 파라미터를 도출하는 기법으로 이뤄졌다.