6kW 45Vdc 연료전지 스택

이 예제는 평균값 100Vdc DC/DC 컨버터에 전력을 공급하는 PEM(양성자 교환막) 연료전지 스택 모델을 보여줍니다.

Olivier Tremblay, Njoya Motapon Souleman, Louis-A. Dessaint (Ecole de technologie superieure, Montreal)

설명

연료전지 스택의 공칭 전압은 45Vdc이고 공칭 전력은 6kW입니다. 컨버터에는 시정수가 1초인 6kW의 RL 요소가 부하로 작용합니다. 처음 10초 동안은 연료 유량 레귤레이터를 사용하여 수소 이용률이 공칭 값(Uf_H2 = 99.56%)으로 일정하게 유지됩니다. 10초 후에는 유량 레귤레이터가 무시되며, 스택 전압의 변동을 관찰할 수 있도록 연료 유량이 최댓값인 85lpm으로 증가합니다. 이는 스택 효율, 연료 사용량, 공기 사용량에 영향을 미칩니다.

연료전지 전압, 전류, DC/DC 컨버터 전압, DC/DC 컨버터 전류 신호는 Scope2에서 확인할 수 있습니다. 연료 유량, 수소 및 산소 이용률, 연료 및 공기 사용량, 효율은 Scope1에서 확인할 수 있습니다.

시뮬레이션

t = 0초에서 DC/DC 컨버터는 RL 부하에 100Vdc를 가합니다(부하의 초기 전류는 0A). 연료 이용률은 공칭 값인 99.56%로 설정됩니다. 전류는 값이 133A로 증가합니다. 유량은 공칭 연료 이용률을 유지하도록 자동으로 설정됩니다. 컨버터에 의해 매우 잘 조절되는 DC 버스 전압을 관찰합니다(Scope2). 시뮬레이션 시작 시점의 피크 전압 122Vdc는 전압 레귤레이터의 과도 상태로 인해 발생합니다.

t = 10초에서는 연료 유량이 3.5초 동안 50lpm(분당 리터)에서 85lpm으로 증가하여 수소 이용률이 감소합니다. 이로 인해 네른스트 전압이 증가하여 연료전지 전류가 감소합니다. 따라서 스택 사용량과 효율이 감소합니다(Scope1).

참고

1) Simulink® 마스크의 "Signal variation" 탭에서 체크박스를 선택하여 7개가 넘는 신호를 변경할 수 있습니다. 자세한 내용은 문서를 참조하십시오.

2) 모델의 단순화된 버전에서는 V-I 곡선만 사용하여 더 적은 수의 파라미터로 연료전지를 시뮬레이션할 수 있습니다. "Model detailed Level"을 "Simplified"로 선택합니다. 이 모드에서는 신호 변동을 사용할 수 없으므로 더 이상 연료 유량 입력을 사용할 수 없습니다. 또한 "Simplified" 모드의 경우 이용률, 스택 사용량, 효율이 0입니다.