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블로워 구성 변경에 따른 상압형 자동차용 고분자전해질형 연료전지 시스템의 효율 특성 연구
Study on the Characteristics of Low-pressure Automotive Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell System Efficiency with Blower Configuration 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.29 no.2, 2018년, pp.181 - 189  

김일중 (서울과학기술대학교 기계.자동차공학과) ,  이정재 (서울과학기술대학교 기계.자동차공학과) ,  김한상 (서울과학기술대학교 기계.자동차공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) system receives great attention as a promising power device for automotive applications. For the wide commercialization, the efficiency and performance of automotive PEMFC system should be further improved in terms of total system (stack and balance of ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 블로워를 적용하는 자동차용 상압형PEMFC 시스템 차원의 효율 향상을 위한 연구의 일환으로 시도되었으며 구체적으로는 상압형 공기 공급 장치인 블로워 수를 변경한 PEMFC 시스템에 대한 가능성을 단순화된 시스템 해석 연구를 통하여 확인해 보고자 하였다. 이를 위하여 MATLAB/Simulink를 활용한 자동차용 상압형 PEMFC 시스템 모델링을 진행하였고, 모델링된 tool을 적용하여 공기 공급장치 핵심 요소인 블로워의 수(1개, 2개)에 따른 전체 시스템의 효율 변화 특성을 비교, 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
연료전지란? 하지만 기존의 내연기관으로는 무공해 및 CO2의 근본적인 저감을 구현하기에는 한계가 있다. 연료전지는 연료의 화학 에너지를 연소가 아닌 전기화학 반응에 의해 전기 에너지로 변환시킬 수 있어 친환경 동력원으로 자동차 산업에 적용이 적극 검토되고 있다3).
고분자전해질형 연료전지에 필요한 개선 사항은 무엇인가? 그중에서도 수소를 사용하는 고분자전해질형 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC) 는 낮은 작동 온도, 고에너지 효율, 우수한 출력 밀도, 빠른 시동 특성 등 자동차 분야에 적합한 특성으로 차세대 친환경 자동차의 추가적인 도약을 이끄는동력원이 될 것으로 기대를 모으고 있다1,2). 하지만 자동차 메이커의 시각에서는 PEMFC가 자동차용 동력원으로 상용화되기 위해서는 전체 시스템 측면의가격 저감과 성능, 효율, 내구성의 추가 개선이 반드시 필요한 상황이다3).
고분자전해질형 연료전지의 특성은? 그중에서도 수소를 사용하는 고분자전해질형 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC) 는 낮은 작동 온도, 고에너지 효율, 우수한 출력 밀도, 빠른 시동 특성 등 자동차 분야에 적합한 특성으로 차세대 친환경 자동차의 추가적인 도약을 이끄는동력원이 될 것으로 기대를 모으고 있다1,2). 하지만 자동차 메이커의 시각에서는 PEMFC가 자동차용 동력원으로 상용화되기 위해서는 전체 시스템 측면의가격 저감과 성능, 효율, 내구성의 추가 개선이 반드시 필요한 상황이다3).
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참고문헌 (15)

  1. J. Larminie and A. Dicks, "Fuel Cell Systems Explained", John Wiley & Sons, Ltd., UK, 2003. 

  2. Y. Wang, K. S. Chen, J. Mishler, S. C. Cho, and X. C. Adroher, "A review of polymer electrolyte membrane fuel cells: Technology, applications, and needs on fundamental research", Applied Energy, Vol. 88, 2011, pp. 981-1007. 

  3. H. S. Kim, D. H. Lee, K. Min, and M. Kim, "Effect of Key Operating Parameters on the Efficiency of Two Types of PEM Fuel Cell Systems", J. of Mechanical Science and Technology, Vol. 19, No. 2, 2005, pp. 1018-1026. 

  4. Y. Qin, Q. Du, M. Fan. Y. Chang, and Y. Yin, "Study on operating pressure effect on the performance of a proton exchange membrane fuel cell power system", Energy Conversion and Management, Vol. 142, 2017, pp. 357-365. 

  5. D. Cho and H. S. Kim, "A Study of the Effect of Compressor Performance Map on the Efficiency of High-pressure Operating PEMFC Systems in Automotive Applications", Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 23, No. 6, 2012, pp. 604-611. 

  6. J. M. Cunningham, M. A. Hoffman, and D. J. Friedman, "A Comparison of High-Pressure and Low-Pressure Operation of PEM Fuel Cell Systems", SAE Paper No. 2001-01-0538, 2001. 

  7. A. Vasilyev, J. Andrews, L. M. Jackson, S. J. Dunnett, and B. Davies, "Component-based modelling of PEM fuel cells with bond graphs", Int. J. of Hydrogen Energy, Vol. 42. 2017, pp. 29406-29421. 

  8. B. Blunier and A. Miraoui, "Proton Exchange Membrane Air Management in Automotive Applications", J. of Fuel Cell Science and Technology, Vol. 7. 2010, pp. 041007-1-041007-11. 

  9. M. Venturi, J. Sang, A. Knoop, and G. Hornburg, "Air Supply System for Automotive Fuel Cell Application", SAE Paper No. 2012-01-1225, 2012. 

  10. Q. Meyer, A. Himeur, S. Ashton, O. Curnick, R. Clague, T. Reisch, P. Adcock. P. R. Shearing, and D. J. L. Brett, "System-level electro-thermal optimisation of air-cooled open-cathode polymer electrolyte fuel cells: Air blower parasitic load and schemes for dynamic operation", Int. J. of Hydrogen Energy, Vol. 40. 2015, pp. 16760-16766. 

  11. D. Zhao, L. Xu, Y. Huangfu, M. Dou, and J. Liu, "Semi-physical modeling and control of a centrifugal compressor for the air feeding of a PEM fuel cell", Energy Conversion and Management, Vol. 154, 2017, pp. 380-386. 

  12. S. W. Ji, N. S. Myung, and T. S. Kim, "Analysis of operating characteristics of a polymer electrolyte membrane fuel cell coupled with an air supply system", J. of Mechanical Science and Technology, Vol. 25, No. 4, 2011, pp. 945-955. 

  13. D. K. Kim, H. E. Min, I. M. Kong, M. K. Lee, C. H. Lee, M. S. Kim, and H. H. Song, "Parametric study on interaction of blower and back pressure control valve for a 80-kW class PEM fuel cell vehicle", Int. J. of Hydrogen Energy, Vol. 41, 2016, pp. 17595-17615. 

  14. J. I. Pukrushpan, "Modeling and Control of Fuel Cell Systems and Fuel Processors", Ph. D Thesis, The University of Michigan, 2003. 

  15. Z. Abdin, C. J. Webb, and E. MacA. Gray, "PEM fuel cell model and simulation in Matlab-Simulink based on physical parameters", Energy, Vol. 116, 2016, pp. 1131-1144. 

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