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연료전지자동차 운전환경에서 산소농도와 성능에 대한 연구
Study of Oxygen Concentration and Performance under Driving Conditions for Fuel Cell Vehicle 원문보기

한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집, 2008 May 22, 2008년, pp.564 - 567  

구영모 (자동차부품연구원 환경소재연구센터) ,  유승을 (자동차부품연구원 환경소재연구센터) ,  김명환 (자동차부품연구원 환경소재연구센터) ,  윤종진 (현대기아자동차 환경기술연구소) ,  오승찬 (현대기아자동차 환경기술연구소)

초록
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산소분압은 연료전지의 성능을 좌우하는 주요한 인자이다. 실생활에서 공기 중 산소농도는 21%이지만 차량이 많은 도심지역에서는 약 20%, 환기시설이 낙후한 지하주차장은 약 18%까지 산소농도가 감소한다. 높은 고도에서 산소농도는21%이지만 산소분압이 낮아져 연료전지자동차의 효율이 감소하는 영향이 발생될 수 있다. 농도에 따른 연료전지의 성능곡선 결과를 empirical equation에 적용하여 연료전지 자동차의 운전환경에 속하는 산소농도 18$\sim$23% 범위와 고도 0$\sim$4,000 m 범위에서 연료전지의 성능변화를 분석하였다. 공기공급량(SR)이 2일 경우 산소농도에 따른 성능변화를 비교한 결과 산소농도 18%인 성능은 산소농도 21%에 비하여 10%이상 감소하였으며 산소농도 21%를 기준으로 공기공급량이 2인 유량으로 공급할 때 산소농도가 18%까지 낮아질 경우 산소농도 21%에 비하여 22%이상 성능이 감소하는 결과가 나타났다. 고도가 4,000 m인 경우 산소분압은 약 13 kPa까지 낮아지고 이로 인하여 연료전지 성능은 약 25%까지 감소하는 것으로 나타났다.

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문제 정의

  • 이로 인하여 compressor나 blower의 효율이 감소하여 전체적인 연료전지자동차 성능을 감소시키게 된다. 본 연구에서는 대기 중 산소농도와 고도에 따른 산소분압이 연료전지 성능에 미치는 영향을 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
연료전지자동차의 성능과 내구성에 밀접한 관계가 있는 문제점은? 저온시동, 낮은 가습조건, 주위온도에 의한 compressor blower 또는 효율감소, 고도에 따른 공기밀도 감소 등 운전환경에 의한 문제점들은 연료전지자동차의 성능과 내구성에 밀접한 관계가 있기 때문에 상용화를 위해서 피해갈 수 없는 해결과제이다. 산소 농도 또는 분압은 연료전지자동차 성능을 좌우하는 요인 중 하나이다.
고도에 따른 산소농도는 공기밀도가 감소하여 급격히 감소할때 연료전지자동차 성능에 미치는 영향은? 특히, 고도에 따른 산소농도는 공기밀도가 감소하여 급격히 감소한다. 이로 인하여 compressor나 blower의 효율이 감소하여 전체적인 연료전지자동차 성능을 감소시키게 된다. 본 연구에서는 대기 중 산소농도와 고도에 따른 산소분압이 연료전지 성능에 미치는 영향을 분석하였다.
연료전지 성능을 파악할때 산소농도가 18~23%인 조건에서 성능곡선을 측정할 경우 정확한 산소 cylinder가 요구되는 이유는? 산소농도가 18~23%인 조건에서 성능곡선을 측정할 경우 정확한 산소 cylinder가 요구되며 실험오차가 클 경우 data 값의 신뢰성이 저하된다. 이러한 문제점 때문에 산소농도가 80%, 60%, 40%, 21%, 20%, 10%인 gas cylinder를 이용하여 성능곡선을 측정하였다.
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